CN102489840A - 镁合金的合金粉末填充钨极氩弧焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于镁合金材料的以合金粉末作为焊接填充材料的钨极氩弧焊接方法。该方法中使用镁基合金粉末，除镁粉末外，其组成成分还包括活性粉末成分和稳弧粉末成分，采用自动填充方式添加到待焊镁合金材料焊缝中，可实现同种材料的焊接，也可以实现异种材料的焊接，并可以解决钨极氩弧焊接过程中焊接效率低、气孔倾向大的技术难题，从而获得优质的焊接接头。

Description

镁合金的合金粉末填充钨极氩弧焊接方法
技术领域
    本发明涉及一种镁合金的合金粉末填充钨极氩弧焊接方法，适用于镁及镁合金材料的焊接。
背景技术
    镁合金的密度小，比强度、比刚度高，具有良好的导热、导电性能，优良的阻尼减震性和电磁屏蔽性等特点。作为实际应用中最轻的金属结构材料，镁合金易于加工成型，容易回收、降解。正是由于这些特性，使镁合金在航空航天、汽车、兵器、电子等领域具有广阔的应用前景。
由于镁合金热导率高、热膨胀系数大、熔点低及易氧化的特点，使其焊接性较差，在焊接过程容易产生裂纹、气孔、飞溅、夹杂、焊后变形量大等问题。钨极氩弧焊接方法是一种较早应用于镁合金材料的熔化焊接方法，采用常规的钨极氩弧焊方法焊接镁合金时常常存在以下问题：
1、焊接效率低，熔深小。由于钨电极承载电流的能力有限，且自由电弧形态较为扩展，电弧的功率密度较小，使形成的焊缝熔深浅，焊接速度和熔敷效率不高，在焊接中厚板时生产效率较低。
2、气孔倾向大。镁在高温时能溶解一定量的气体，而常规无填充材料的钨极氩弧焊采用的保护气体氩气无脱氧和去氢作用，焊接工艺对气孔敏感。
3、采用自动送丝焊接时，送丝系统较为复杂，且送丝精度要求较高；采用手工送丝焊接时，送丝效率低下，不能进行长焊缝的连续焊接生产。
针对常规钨极氩弧焊的上述问题，迫切需要一种可以实现自动焊接的高效率的氩弧焊接方法，以较低的或相近的生产成本来弥补常规钨极氩弧焊接方法的不足，对常规氩弧焊方法形成良好的补充。
发明内容
本发明的目的在于针对常规钨极氩弧焊技术存在的问题，提供一种容易实施，具有较高焊接效率特征，且气孔倾向较小，使焊接质量得以提高的镁合金的合金粉末填充钨极氩弧焊接方法。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种镁合金的合金粉末填充钨极氩弧焊接方法，按以下步骤进行：
（1）将合金粉末材料干燥后盛于送粉机构中待用；
（2）校准钨极氩弧焊枪与送粉机构送粉喷嘴对中；
（3）送粉机构提前送粉，在气压作用下使合金粉末从送粉喷嘴稳定喷出；
（4）钨极氩弧焊枪提前送气保护待焊区域，然后引燃电弧进行焊接；
（5）待焊区域焊接完成后，停止合金粉末喷射送进，熄弧，钨极氩弧焊枪滞后停气，焊接结束，焊件自然冷却。
所述的合金粉末采用氩气作为工作气体辅助送进，且送粉气路独立于焊接时的惰性保护气体气路。
所述作为填充材料的合金粉末为镁基粉末，其中含有总量不低于5%质量百分含量的活性成分和稳弧成分，活性成分为Cr2O3、SiO2、MgO中的至少一种，稳弧成分为TiO2、CaF2中的至少一种，活性成分与稳弧成分按照6:4重量比例进行配制。
所述步骤（2）校准钨电极与送粉喷嘴对中时，使喷射送粉轴线方向与钨电极的延长线相交，并根据焊接工艺的不同形成30°～60°的入射角，最终对准于工件待焊位置。
所述的合金粉末可以借助送粉机构采用自动填充的方式添加到待焊的镁合金材料焊缝中，也可以采用焊前预置的方式实现合金粉末的填充。
所述送粉工作气体流量为每分钟3～8升，送粉量为每分钟150～350克。
本发明的创新在于采用配制的合金粉末作为填充材料，实现高效率、高质量的钨极氩弧焊接。为了实现这一目标，其技术关键在于：通过在合金粉末中添加活性成分，使合金粉末熔化后与熔化的镁合金材料形成的熔池液相表面张力得以降低，有利于避免金属液相在焊缝表面形成颗粒小球，从而在焊接位置润湿铺展形成填充效果，焊缝表面成形良好；通过在合金粉末中添加稳弧成分，使焊接电弧稳定燃烧，有利于焊接过程的平稳进行，从而获得高质量焊缝；通过校准钨极氩弧焊枪和送粉机构喷嘴的位置，使电弧能量准确地集中作用于材料的待焊位置，同时使合金粉末填充料准确送入待焊区域熔化并参与形成焊缝。在上述关键技术条件下，合金粉末作为焊接填充材料辅助焊缝成形过程，从而获得高质量镁合金焊缝。
其系统组成如图1所示，工作原理如图2所示。除了常规钨极氩弧焊的焊接电源7，保护气气瓶5和焊枪4之外，系统组成还包括送粉机构1，送粉工作气气瓶6以及送粉喷嘴3。合金粉末添加到送粉机构1之后，在送粉工作气体15的气压作用下，以一定速度从送粉喷嘴3喷射而出，形成具有一定挺直性的合金粉末流13，在电弧热源12的加热作用下，合金粉末流13迅速熔化，并与母材金属融为一体，最终形成焊缝11。在焊接过程中，保护气体14与送粉工作气体15共同形成对焊接区域的惰性气氛保护。为保证电弧热源12对合金粉末流13及工件2的集中加热效应，在焊前须校准钨电极8与送粉喷嘴3的对中性，使喷射送粉轴线方向与钨电极8的延长线相交，并根据焊接工艺的不同形成30°～60°的入射角，最终对准于工件2待焊位置。
本发明提出的镁合金的粉末填充钨极氩弧焊接方法在不增加额外工艺加工程序的前提下，能够获得高质量焊接接头，从而可以实现镁及镁合金材料的高质量、高效焊接，是对镁合金焊接加工方法的丰富与补充，和常规钨极氩弧焊接方法相比，该方法具体具有以下优点和效果：
1、焊接熔深大，熔敷效率高，使焊接生产效率得以提高，适用于薄板焊接，且同样适用于中等厚度镁合金材料的多层填充焊。
2、合金粉末成分的冶金作用，使镁合金材料焊接气孔倾向降低，有利于提高焊缝的致密度，从而获得高质量焊缝。
3、送粉机构简单，不增加额外焊接生产成本和额外工艺加工程序，不但可用于半自动焊接，也适用于全自动焊接的长焊缝连续焊接生产，工艺灵活，可满足一般产品的需求。
4、对焊接工件装配精度要求降低，且降低了对装配时间隙、对中的敏感性，具有较为广范的适用范围。
附图说明
图1是镁合金的合金粉末填充钨极氩弧焊接系统组成示意图。
图2是镁合金的合金粉末填充钨极氩弧焊接工作原理示意图。
图3是实施例1自动送粉焊接工艺示意图。
图4是实施例2预置合金粉末焊接工艺示意图。
图中：1送粉机构、2工件、3送粉喷嘴、4焊枪、5保护气气瓶、6送粉工作气气瓶、7焊接电源、8钨电极、9焊枪喷嘴、10装夹机构、11焊缝、12电弧热源、13合金粉末流、14保护气体、15送粉工作气体、16坡口、17预置合金粉末。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
    实施例1：如图3所示，待焊接的镁合金工件2为两块厚度6mm的平板结构的对接，工件2开30°V型坡口，钝边高度2mm，通过夹具将两块工件2装夹，且不留装配间隙。设定焊接电流为120A，焊接速度为12m/h，保护气体14流量为12L/min，送粉工作气体15流量为4L/min，合金粉末送粉量为150g/min，钨电极8直径为2.4mm。合金粉末材料由重量6% SiO2粉末、4%TiO2粉末和余量Mg粉末组成，将合金粉末材料干燥后盛于送粉机构1中，校正钨电极8与送粉喷嘴3的对中性，使钨电极8的延长线与送粉喷嘴3沿喷射送粉方向相交成50°入射角，且对准于工件2待焊坡口位置。开启送粉机构1提前送粉，在气压作用下使合金粉末从送粉喷嘴3以适当的流量稳定喷出，形成合金粉末流13。待送粉稳定后，开启钨极氩弧焊枪4提前送气保护待焊区域，然后引燃电弧热源12进行焊接。待第一层焊缝焊接完成后，停止合金粉末喷射送进，熄弧，钨极氩弧焊枪4滞后停气。重复上述程序进行第二层焊缝焊接，直至整条焊缝完成。焊接结束，焊件自然冷却。
实施例2：如图4所示，待焊接的镁合金工件2为两块厚度3mm的平板结构的对接，工件2不开坡口，通过夹具将两块工件2装夹，装配间隙为1mm。合金粉末材料由重量6% SiO2粉末、4% TiO2粉末和余量Mg粉末组成，将合金粉末材料干燥后用丙酮溶液调匀，并均匀刷涂填充于待焊工件2的预留间隙处，且在待焊处表面形成一定的合金粉末余高层，待预置合金粉末17中的丙酮溶液完全挥发。设定焊接电流为120A，焊接速度为10m/h，保护气体14流量为12L/min，钨电极8直径为2.4mm。开启钨极氩弧焊枪4提前送气保护待焊区域，然后引燃电弧热源12进行焊接。待焊区域焊接完成后，熄弧，钨极氩弧焊枪4滞后停气，焊接结束，焊件自然冷却。 

Claims (6)

1.一种镁合金的钨极氩弧焊接方法，其特征在于，采用合金粉末作为焊接填充材料，所述焊接方法的步骤如下：
（1）将合金粉末材料干燥后盛于送粉机构中待用；
（2）校准钨极氩弧焊枪与送粉机构送粉喷嘴对中；
（3）送粉机构提前送粉，在气压作用下使合金粉末由送粉喷嘴稳定喷出；
（4）钨极氩弧焊枪提前送气保护待焊区域，然后引燃电弧进行焊接；
（5）待焊区域焊接完成后，停止合金粉末喷射送进，熄弧，钨极氩弧焊枪滞后停气，焊接结束，焊件自然冷却。
2.根据权利要求1所述的镁合金的合金粉末填充钨极氩弧焊接方法，其特征在于：合金粉末采用氩气作为工作气体辅助送进，且送粉气路独立于焊接时的惰性保护气体气路。
3.根据权利要求1所述的镁合金的合金粉末填充钨极氩弧焊接方法，其特征在于：作为填充材料的合金粉末为镁基粉末，其中含有总量不低于5%质量百分含量的活性成分和稳弧成分，活性成分为Cr2O3、SiO2、MgO中的至少一种，稳弧成分为TiO2、CaF2中的至少一种，活性成分与稳弧成分按照6:4重量比例进行配制。
4.根据权利要求1所述的镁合金的合金粉末填充钨极氩弧焊接方法，其特征在于：所述步骤（2）校准钨电极与送粉喷嘴对中时，使喷射送粉轴线方向与钨电极的延长线相交，并根据焊接工艺的不同形成30°～60°的入射角，最终对准于工件待焊位置。
5.根据权利要求1所述的镁合金的合金粉末填充钨极氩弧焊接方法，其特征在于：合金粉末借助送粉机构采用自动填充的方式添加到待焊的镁合金材料焊缝中。
6.根据权利要求1所述的镁合金的合金粉末填充钨极氩弧焊接方法，其特征在于：送粉工作气体流量为每分钟3～8升，送粉量为每分钟150～350克。
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