CN101502918A

CN101502918A - 一种减少铸造镁合金激光焊接气孔的方法

Info

Publication number: CN101502918A
Application number: CN 200910077700
Authority: CN
Inventors: 陈铠; 杨博; 肖荣诗
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2009-08-12

Abstract

一种减少铸造镁合金激光焊接气孔的方法属于高功率激光加工技术领域，特别涉及铸造镁合金的激光焊接。本发明特征在于：首先调节激光功率P和离焦量来保证足够的熔深和熔宽。然后通过调节焊丝距光斑的距离d、距光斑的高度h、与工件的角度a使得焊丝能够稳定的熔化后填入熔池；然后调节送丝速度V₁与焊接速度V₂来保证适量的焊丝进入熔池。另外，通过调节两板材之间的间隙D，来进一步降低气孔率。焊接过程中，由喷嘴提供内层为Ar气，外层为He气的保护气氛。本发明对于铸造镁合金这种母材缩松率很大的金属，添加焊丝的目的则主要在于提高焊缝组织形态的均匀性，“稀释”过饱和的氢，降低焊缝组织的气孔率。

Description

一种减少铸造镁合金激光焊接气孔的方法

技术领域：

本发明属于高功率激光加工技术领域，特别涉及铸造镁合金的激光焊接。

背景技术：

镁合金由于具有比质量轻、比强度高、回收性能好、无污染和资源丰富等一系列优点，在汽车、摩托车、兵器、航空航天、计算机电子工业等领域有着广阔的应用前景.镁合金主要分为两大类：变形镁合金和铸造镁合金。目前，90％以上的镁合金产品是铸造成型的。这些结构常采用焊接工艺制造，20世纪60年代以来常使用钨极氩弧焊(TIG焊)、电子束焊、摩擦搅拌焊、电阻电焊。90年代来开始采用激光焊接工艺。焊接过程中最主要的问题是气孔，关于镁合金激光焊气孔的相关研究认为，镁合金激光焊中的气孔主要是氢致气孔，镁合金中氢的溶解度在镁由液态转向固态的过程中有一个突变，溶解度降低60％，即在镁合金凝固的过程中，当氢的析出量达到一定程度的时候，就会以气泡的形式析出，又会由于冷却速度过快，气泡来不及浮出就被凝固就会导致气孔产生。由此可见镁合金激光焊气孔的形成与焊接过程中的氢行为紧密相关。熔池中的氢主要来源于母材中原始含氢量(原始小气孔、扩散氢以及母材表面吸附水)及焊接过程由周围气氛中溶入的氢(取决于焊接工艺)。激光焊不存在吸水性强的弧柱区，因此熔池中的含氢量很大程度上取决于母材中原始含氢量(含分子氢和扩散氢)。在优化的工艺参数(激光功率、焊接速度、正背面气保护角度及流量)下变形镁合金可获得气孔很少甚至无气孔的焊缝，而铸造镁合金即使在优化的工艺下气孔问题仍非常突出。带来这种差别的主要原因是母材中的原始含氢量，以及母材缩松引起的焊接过程波动。对于母材缩松率达到15％的板材，焊接过程极不稳定、焊缝成型差、焊缝气孔率高达30％以上。目前，铸造镁合金激光焊接气孔的防止措施非常有限，传统的工艺措施如：加强保护、创造有利于气体逸出的条件、焊前清理对母材内部原始含氢量非常高的铸造镁合金都不能奏效。

发明内容：

本发明提供一种减少铸造镁合金激光焊接气孔的技术，该技术的原理是采用填充材料对焊缝中的氢进行控制。通过在对接焊铸造镁合金板材过程中添加焊丝，熔池中氢的浓度被“稀释”使氢过饱和程度降低，从而降低冶金气孔率。另外，在未添加焊丝时，由于高的母材缩松率形成的组织形态不均匀，会造成维持深熔小孔条件的不稳定，而不稳定的激光深熔过程不利于气孔的控制。焊丝的加入可以使得深熔小孔周围有足够的熔融金属来维持深熔小孔的稳定移动。对于一般的激光焊接来说，由于金属母材组织形态均匀，焊接时添加焊丝的主要目的在于通过添加有益元素，改善焊缝组织的性能，而对于铸造镁合金这种母材缩松率很大的金属，添加焊丝的目的则主要在于提高焊缝组织形态的均匀性，“稀释”过饱和的氢，降低焊缝组织的气孔率。

本发明的技术方案中减少铸造镁合金激光焊接气孔的焊接方法如图所1示，特征在于：首先调节激光功率P和离焦量来保证足够的熔深和熔宽。这是本领域的现有技术。然后通过调节焊丝距光斑的距离d、距光斑的高度h、与工件的角度a使得焊丝能够稳定的熔化后填入熔池；然后调节送丝速度V₁与焊接速度V₂来保证适量的焊丝进入熔池。另外，通过调节两板材之间的间隙D，来进一步降低气孔率。

焊接过程中，由喷嘴6提供内层为Ar气，外层为He气的保护气氛。

本发明提供了一种减少铸造镁合金激光焊接气孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先调节激光功率和离焦量以保证熔深和熔宽；

2)在0-1mm范围内调节调节焊丝距光斑的距离d；在0-1mm范围内调节距光斑的高度h，在0-35°范围内调节工件的角度a，使得焊丝稳定的熔化后填入熔池；然后在1-2m/min内调节送丝速度V₁，在1-3m/min内调节焊接速度V₂来保证适量的焊丝进入熔池；

3)在0-1.5mm mm范围内调节两板材之间的间隙D；

4)开始焊接，在内层为Ar气，外层为He气的保护气氛中焊接。

本发明对于铸造镁合金这种母材缩松率很大的金属，添加焊丝的目的则主要在于提高焊缝组织形态的均匀性，“稀释”过饱和的氢，降低焊缝组织的气孔率。

附图说明

图1：本发明示意图

图中1为激光、2为聚焦镜、3为焊丝、4为卡具、5为板材、6为喷嘴

图2：实施例1在自熔焊的时候，优化工艺参数，在功率为3500W、焊接速度为3m/min、离焦量为-2的情况下能够熔透，得到的同一焊缝的三个截面。

图3：添加焊丝的情况下，在功率为3500W、焊接速度为3m/min、离焦量为-2、送丝速度为1.0m/min、h＝0.5mm d＝0.5mm a＝35°的情况下得到的同一焊缝的三个截面。

图4：实施例1在自熔焊的时候，优化工艺参数，在功率为3500W、焊接速度为2m/min、离焦量为-2的情况下能够熔透，得到的同一焊缝的三个截面。

图5：实施例1添加焊丝的情况下，在功率为3500W、焊接速度为2m/min、离焦量为-2、送丝速度为1.8m/min、h＝0.5mm d＝0.5mm a＝35°的情况下得到的同一焊缝的三个截面。

具体实施方式

实施例1

实验对于母材缩孔率为2％～5％的铸造镁合金，板材厚度为4mm，在自熔焊的时候，优化工艺参数，在功率为3500W、焊接速度为3m/min、离焦量为-2的情况下能够熔透，得到的焊缝截面如图2所示。

添加焊丝的情况下，在功率为3500W、焊接速度为3m/min、离焦量为-2、送丝速度为1.0m/min、h＝0.5mm d＝0.5mm a＝35°的情况下得到的焊缝截面如图3所示。

实施例2

实验对于母材缩孔率为12～15％的铸造镁合金，板材厚度为4mm，在自熔焊的时候，优化工艺参数，在功率为3500W、焊接速度为2m/min、离焦量为-2的情况下能够熔透，得到的焊缝截面如图4所示。

添加焊丝的情况下，在功率为3500W、焊接速度为2m/min、离焦量为-2、送丝速度为1.8m/min、h＝0.5mm d＝0.5mm a＝35°的情况下得到的焊缝截面如图5所示。

从图可以明显的看出填丝对激光焊接铸造镁合金气孔控制的作用，对于缩孔率为2％～5％的铸造镁合金自熔焊的情况下焊缝平均气孔率为5％，添加焊丝后焊缝平均气孔率为0.5％。

对于缩孔率为12～15％得铸造镁合金自熔焊的情况下焊缝的平均气孔率为35％，添加焊丝后焊缝的平均气孔率为2.5％。

在添加焊丝的情况下，改变两板材之间的间隙D，在D＝0.4mm时，得到最低的气孔率为1.6％。

本发明的有益效果是：激光焊接镁合金气孔最主要的原因是氢的行为，而对于铸造镁合金来说，母材中原始的含氢量远大于氧化膜和焊接过程中由周围气氛中溶入的氢量，所以在激光对接焊焊接过程中添加焊丝并配合适当的板间距，是解决铸造镁合金激光焊接气孔问题的有效方法。从实验结果来看，气孔率降低明显，且经过焊接接头的拉伸强度试验表明，断裂均发生在母材。

Claims

1、一种减少铸造镁合金激光焊接气孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先调节激光功率和离焦量以保证熔深和熔宽；

3)在0-1.5mm mm范围内调节两板材之间的间隙D；

4)开始焊接，在内层为Ar气，外层为He气的保护气氛中焊接。