基于钨极氩弧焊的镁合金焊接工艺的制作方法

本发明属于领域焊接技术领域，涉及镁合金焊接工艺，特别是一种基于钨极氩弧焊的镁合金焊接工艺。

背景技术：

镁合金是目前国内外正在积极开发的一种轻量化材料，它具有低密度、高比强度、高比刚度以及优良的阻尼和电磁屏蔽等性能，在航空工业、汽车工业等领域有着巨大的应用潜力。我国镁资源储量居世界首位，有关镁合金焊接工艺的研究对我国工业的发展与进步具有重要意义。

由于镁合金的化学性质活泼，具有高热导率、大膨胀系数和易氧化等特性，使得其在焊接过程中常会出现如下一些问题:

1.由于焊缝及其附近区域组织过热且晶粒粗大，而直接影响焊接接头的力学性能。

2.焊件在冷却过程中易产生大幅度的焊接变形，同时由于焊接接头的刚性拘束度大，还易产生较大的热应力。

3.焊缝在凝固过程中易形成气孔，另外，混杂在熔融金属中的氧化膜不易被排除，常导致焊接接头处产生夹渣。

4.由于镁合金易与其它金属形成低熔点共晶体，常导致焊接接头中形成结晶裂纹。

5.在焊接薄件时,由于镁合金熔点较低,而氧化镁的熔点很高,两者不易熔合,焊接操作时难以观察焊缝的熔化过程；由于温度在升高的过程中,熔池的颜色却没有显著变化,极易产生烧穿和塌陷现象。

可靠的焊接工艺已成为影响镁合金应用的关键技术之一，许多镁合金焊件的失效，都是由于其接头强度、塑性不够，而最终导致断裂。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于钨极氩弧焊的镁合金焊接工艺，通过从焊前至焊后冷却这一过程给予镁合金焊件以双面氩气保护，进而获得高质量的焊接接头。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于钨极氩弧焊的镁合金焊接工艺，它包括制作焊丝、装夹焊件、坡口处理、焊前预热、双面氩气保护、理化检验、焊后热处理七道工序。

上述镁合金焊接工艺的具体步骤如下：

1)制作焊丝，以母材镁合金为原材料制作焊丝，并用丙酮洗净；

2)装夹焊件，采用夹具固定待焊接的镁合金工件；

3)坡口处理，打磨上述镁合金工件的焊口、清除氧化膜，并用丙酮洗净；

4)焊前预热，对经过打磨并洗净后的镁合金工件进行焊前预热，温度350℃，时间1h；

5)双面氩气保护，在钨极氩弧焊焊枪与背面氩气保护装置提前输送氩气保护待焊区域的状态下，引燃电弧进行焊接；在所述的钨极氩弧焊焊枪收弧时，用事先准备好的另一根钨极在熔池中搅动，待搅动完成后，熄弧，确保焊件在氩气保护下降温冷却；

6)理化检验，对焊接后的镁合金工件进行理化检验；

7)焊后热处理，对理化检测合格的镁合金工件进行焊后热处理，温度350℃，退火时间2h。

8)进一步地，步骤5)中，焊接交流脉冲电流设定为100A，钨极氩弧焊焊枪所输送氩气的流量为10ml/s，背面氩气保护装置所输送氩气的流量为5ml/s，所述钨极的直径为3mm。

本发明的有益效果在于：

1.由于镁合金焊接时易产生氢气孔,氢在镁中的溶解度也是随温度的降低而急剧减小，通过双面氩气保护可以有效地控制熔池温度，进而避免焊缝及近缝区易过热、晶体长大、结晶偏析等现象，最终提高接头性能；同时，用钨极搅动熔池可加速氢气挥发，进而提高焊缝致密度、获得高质量焊缝。

2.由于镁的氧化性极强,在焊接过程中易同氧结合而形成MgO；然而，MgO熔点高(2500℃),密度大(3.2g/cm^-3),易在焊缝中形成细小的片状固态夹渣,不仅严重阻碍焊缝成形,也导致焊缝性能降低；本发明中，由于钨极对熔池的搅动作用，使得MgO因遇冷粘附在钨极上而被带出，进而可有效改善焊接质量、降低裂纹产生的倾向。

总而言之，本发明可以有效改善焊接接头的组织并提高接头的力学性能，是对现有镁合金焊接工艺的优化；且其所用焊接设备比较简单，运行成本低、灵活性大、可移动性强，便于现场操作、维护方便，具有较高的推广价值。

附图说明

图1为本发明实施例中焊接系统的组成示意图。

图2为本发明中背面氩气保护装置的剖视图。

图3为本发明中背面氩气保护装置的俯视图。

图中：1-氩气气瓶，2-镁合金工件，3-背面氩气保护装置，4-钨极氩弧焊焊枪,5-交流脉冲焊机。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

本发明公开了一种基于钨极氩弧焊的镁合金焊接工艺，它包括制作焊丝、装夹焊件、坡口处理、焊前预热、双面氩气保护、理化检验、焊后热处理七道工序。该镁合金焊接工艺的焊接系统的组成如图1所示，它包括镁合金工件2、用于固定镁合金工件2的夹具、背面氩气保护装置3、钨极氩弧焊焊枪4、交流脉冲焊机5和两个氩气气瓶1；所述的两个氩气气瓶1分别用于向所述的钨极氩弧焊焊枪4和背面氩气保护装置3输送氩气，所述的背面氩气保护装置3如图2和图3所示，其上设有用于输送氩气的通孔，且设于镁合金工件2的下方。

本发明基于钨极氩弧焊的镁合金焊接工艺的具体步骤如下：

1)以母材镁合金为原材料制作焊丝，焊丝截面积为4×4mm2，长度为150mm，并用丙酮洗净；

2)采用夹具固定待焊接的镁合金工件2；

3)打磨上述镁合金工件2的焊口、清除氧化膜，并用丙酮洗净；

4)对经过打磨并洗净后的镁合金工件2进行焊前预热，温度350℃，时间1h；

5)开启钨极氩弧焊焊枪4和背面氩气保护装置3提前送气保护待焊区域，然后引燃电弧；焊接过程中，所述的钨极氩弧焊焊枪与轴线方向呈30°夹角、由下自上螺旋上升进行焊接；重复焊接过程直至补孔完成，在所述的钨极氩弧焊焊枪收弧时，垂直提枪，随后用事先准备好的另一根钨极在熔池中搅动；待搅动完成后，熄弧；钨极氩弧焊焊枪4和背面氩气保护装置3滞后停气，以确保焊件在氩气保护下降温冷却；其中，焊接交流脉冲电流设定为100A，钨极氩弧焊焊枪所输送氩气的流量为10ml/s，背面氩气保护装置所输送氩气的流量为5ml/s，所述钨极的直径为3mm。

6)理化检验，对焊接后的镁合金工件进行理化检验；

7)焊后热处理，对理化检验合格的镁合金工件进行焊后热处理，温度350℃，退火时间2h。

本发明的创新点在于采用双面氩气保护待焊区域以及在焊接过程中用钨极搅动熔池，实现了低成本、高质量的镁合金焊接，是对现有镁合金焊接工艺的优化与补充。

以上对本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。