CN105328310B - 一种用于镁合金搭焊的自动氩弧开缝填丝焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于镁合金搭焊的自动氩弧开缝填丝焊接方法，将同种或异种镁合金待焊板材进行表面处理，在上板材的待搭接部分切割一条窄缝，窄缝宽度能刚好容纳下钨极针；在待焊窄缝两侧的两镁合金待焊板上面覆盖抑制变形垫板；将焊枪钨极置于待焊窄缝中，将焊丝与焊枪钨极对准，使得焊丝位于焊枪钨极尖端下部，进行钨极氩弧焊，实现对所开窄缝区域的自动填丝焊。本发明使得利用氩弧焊技术进行搭焊成为可能，焊接的镁合金板材抗拉轻度均达到了185MPa以上，完全满足工程需要。

Description

一种用于镁合金搭焊的自动氩弧开缝填丝焊接方法
技术领域
本发明涉及一种新型镁合金板材的搭焊方法，属于金属材料焊接工艺技术领域。
背景技术
镁合金具有比强度高、抗辐射能力强等优点，而在航空、航天、军事、汽车等领域具有重要的应用，被誉为21世纪最具发展前景的绿色工程材料。很多的国内外的科研机构都开展了镁合金的焊接工作，借助焊接技术已有很多的镁合金材料用于飞机、汽车等领域中。
在镁合金焊接工艺中，搭焊是常见的一种焊接方式，在工程应用中搭焊主要是采用电阻点焊技术。然而，电阻点焊只能形成不连续的焊点，焊点更易受外部环境的侵蚀，且其焊接接头强度难以让人满意。激光焊主要进行板材对焊，只有少量的大功率激光可进行板材搭焊。然而激光焊接设备成本高、光电转化率低能量损耗很大，并且激光斑点小对部件的装配精度要求很高，因而现场实用性较差。而氩弧焊作为镁合金焊接中应用最广泛的一种焊接方法，具有很好的工艺柔性和现场实用性，但由于两块板材搭接时存在空气层的阻隔，而无法采用氩弧焊进行搭焊工作。
将氩弧焊技术用于镁合金的搭焊过程，形成一条长的焊缝，相对于电阻点焊则能够显著增加焊接接头的力学性能和耐腐蚀能力，极大地拓展镁合金的工程实用性，对研制和开发新型轻质镁合金复杂结构焊接部件具有积极的意义。
然而，目前尚无采用钨极氩弧焊(TIG)技术进行镁合金搭焊的成果报道。钨极氩弧焊技术与电阻焊相比还具有明显的成本优势和更好的现场实用性，更加适合规模化应用。这对于推动镁合金焊接技术在工程上的应用，拓展镁合金的工程应用范围也具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于镁合金搭焊的自动氩弧开缝填丝焊接方法。采用钨极氩弧焊接工艺，实现镁合金搭焊的可靠性连接，进一步改善焊接接头的力学性能，达到工程应用的要求。
本发明采取的技术方案为：
一种用于镁合金搭焊的自动氩弧开缝填丝焊接方法，包括步骤如下：
(1)将同种或异种镁合金待焊板材进行表面处理，除去油脂、污物；
(2)将两待焊板按搭接位置放好，根据实际情况，在上板材的待搭接部分切割一条或几条窄缝，窄缝宽度能刚好容纳下钨极针；
(3)在待焊窄缝两侧的两镁合金待焊板上面覆盖抑制变形垫板；
(4)将焊枪钨极置于待焊窄缝中，将焊丝与焊枪钨极对准，使得焊丝位于焊枪钨极尖端下部，进行钨极氩弧焊，实现对所开窄缝区域的自动填丝焊。
上述焊接方法中：
步骤(1)所述的表面处理为首先用钢刷、丙酮清理待焊板材表面污物，再用丙酮清理板材表面油脂。所述的镁合金待焊板材的厚度优选范围为1.5～4mm。
步骤(2)中所述的窄缝为宽度在2.5～3mm之间，长度在100～300mm之间的长直槽形窄缝。窄缝宽度恰好能容下钨极针，太宽则窄缝难以用焊丝填充起来。
步骤(3)中所述的抑制变形垫板厚度为5～8mm，每块抑制变形垫板距离焊缝(窄缝)15～20mm。
步骤(4)中将焊枪与焊接方向保持100～105°，送丝嘴倾斜20～30°，起弧之前利用焊接机器人控制的精确性，确保钨极位于窄缝的正中间位置，将焊丝与焊枪钨极对准，使得焊丝位于焊枪钨极尖端下部，进行钨极氩弧焊。利用焊接机器人操作的精确性和稳定性，焊接过程中使钨极针始终处于窄缝的正中位置，焊接工艺参数为：电弧电压10～20V，AC为150～200A，纯度为99.9％的氩气流量15～20L/min，焊接速度25～45cm/min，自动送丝速度50～75cm/min。
考虑到镁合金导热系数较大，焊接过程中易变形，因此焊接时用厚度为5～8mm的高刚度的金属材料，作为抑制变形垫板。添加在待焊板材上部，将待焊板材完全覆盖。两块抑制变形垫板对称的放置在焊缝两侧，每块抑制变形垫板距离焊缝15～20mm。焊时夹头紧固在垫板上面，可使得焊接件均匀受力，抑制变形。使用抑制变形垫板还可使两块搭接板材之间的缝隙减少，更加利于焊接。
为在焊接过程中，能够充分的将窄缝填充起来，并获得足够的熔深，需采用大的焊接电流和较快的送丝速度，并和焊接速度相匹配。本发明的焊接工艺可得到足够熔深，所焊板材可满足工程应用的抗拉强度要求。
本发明的有益效果是：
在搭焊镁合金上板材开一条窄缝，可使得焊接过程中逐步将空气赶出，使得利用氩弧焊技术进行搭焊成为可能，该方法可焊厚度4mm的板材，搭焊板材叠加部位厚度达8mm。焊接过程加入抑制变形垫板，有效防止了母材的焊接变形，减小了焊接板材的应力集中。采用该方法焊接的镁合金板材抗拉轻度均达到了185MPa以上，完全满足工程需要。
附图说明
图1为镁合金搭焊的焊接方法示意图；
图2为利用氩弧焊技术进行镁合金搭焊的焊后形貌图(焊丝将窄缝完全填满，所得焊缝鱼鳞纹均匀规则)；
图3为厚度均为3mm的AZ31-AZ31镁合金焊接接头拉伸曲线图；
图4为厚度2mm的AZ31与厚度3mm的AM60异种镁合金焊接接头拉伸曲线图；
图5为厚度3.5mm的AM30与厚度3mm的AM60异种镁合金焊接接头拉伸曲线图；
图6为抑制变形垫板的放置位置示意图。
图中，1.焊接机器人，2.氩弧，3.焊丝，4.窄缝，5.搭接板材；6.抑制变形垫板，7.底部垫板，8.焊缝，9.所焊板材，10.上部垫板。
具体实施方式
下面结合附图与优选实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
采用自动氩弧填丝焊对AZ31锻造板材与AZ31轧制板材镁合金板材的搭焊：
(1)AZ31与AZ31变形镁合金板材厚度均为3mm，尺寸均为50×110mm，焊前用钢刷去除表面污物，并用丙酮去除表面油脂。
(2)利用线切割在AZ31板材的表面切割一条2.6mm宽的窄缝，之后用砂纸对窄缝四周的壁面表面进行打磨，去除表面氧化层，再用丙酮清洗去除油脂。
(3)在待焊板材上部添加厚5mm，尺寸为60×100mm的钢板作为抑制变形垫板，将待焊板材完全覆盖。两块垫板对称地放置在窄缝两侧，每块抑制变形垫板距离窄缝15mm。焊时夹头紧固在垫板上面，可使得焊接件均匀受力，抑制变形(如图6所示)。
(4)如图1所示，采用搭焊的方式进行焊接，将焊枪钨极置于待焊窄缝中，将焊丝与焊枪钨极对准，使得焊丝位于焊枪钨极尖端下部，进行钨极氩弧焊，焊接工艺参数选择如下：电弧电压15V，AC为160A，纯度为99.9％的氩气流量16L/min。焊枪为与板材成100°夹角，焊接速度40cm/min，送丝嘴倾斜20°，自动送丝速度55cm/min。
焊后，采用万能试验机进行拉伸测试，AZ31与AZ31异种镁合金焊接接头的抗拉强度达到了196.6MPa(图3)。
实施例2
采用自动氩弧填丝焊对AZ31轧制板材与AM60压铸板材异种镁合金板材的搭焊：
(1)AZ31轧制板材的厚度为2mm与AM60压铸板材的厚度均为3mm，尺寸均为70×120mm，焊前用钢刷去除表面污物，并用丙酮去除表面油脂。
(2)利用线切割在AZ31板材的表面切割一条2.6mm宽的窄缝，之后用砂纸对窄缝四周的壁面表面进行打磨，去除表面氧化层，再用丙酮清洗去除油脂。
(3)在待焊板材上部添加厚5mm，尺寸为80×120mm的钢板作为抑制变形垫板，将待焊板材完全覆盖。两块抑制变形垫板对称地放置在窄缝两侧，每块抑制变形垫板距离窄缝15mm。焊时夹头紧固在垫板上面，可使得焊接件均匀受力，抑制变形(如图6所示)。
(4)如图1所示，采用搭焊的方式进行焊接，将焊枪钨极置于待焊窄缝中，将焊丝与焊枪钨极对准，使得焊丝位于焊枪钨极尖端下部，进行钨极氩弧焊，焊接工艺参数选择如下：电弧电压15V，AC为150A，纯度为99.9％的氩气流量15L/min。焊枪为与板材成100°夹角，焊接速度45cm/min，送丝嘴倾斜20°，自动送丝速度50cm/min。
焊后，采用万能试验机进行拉伸测试，AZ31与AM60异种镁合金焊接接头的抗拉强度达到了187.6MPa(图4)。
实施例3
采用自动氩弧填丝焊对AM30锻造板材与AM60压铸板材异种镁合金板材的搭焊：
(1)AM30锻造板材的厚度为3.5mm与AM60压铸板材的厚度均为3mm，尺寸均为60×100mm，焊前用钢刷去除表面污物，并用丙酮去除表面油脂。
(2)利用线切割在AM60板材的表面切割一条2.6mm宽的窄缝，之后用砂纸并窄缝四周的壁面的表面进行打磨，去除表面氧化层，再用丙酮清洗去除油脂。
(3)在待焊板材上部添加厚5mm，尺寸为70×110mm的钢板作为抑制变形垫板，将待焊板材完全覆盖。两块抑制变形垫板对称的放置在窄缝两侧，每块抑制变形垫板距离窄缝15mm。焊时夹头紧固在垫板上面，可使得焊接件均匀受力，抑制变形(如图6所示)。
(4)如图1所示，采用对焊的方式进行焊接，将焊枪钨极置于待焊窄缝中，将焊丝与焊枪钨极对准，使得焊丝位于焊枪钨极尖端下部，进行钨极氩弧焊，焊接工艺参数选择如下：电弧电压17V，AC为180A，纯度为99.9％的氩气流量18L/min。焊枪为与板材成100°夹角，焊接速度30cm/min，送丝嘴倾斜20°，自动送丝速度65cm/min。
焊后，采用万能试验机进行拉伸测试，AM30与AM60异种镁合金焊接接头的抗拉强度达到了187.4MPa(图5)。

Claims (5)

1.一种用于镁合金搭焊的自动氩弧开缝填丝焊接方法，其特征是，包括步骤如下：
(1)将同种或异种镁合金待焊板材进行表面处理，除去油脂、污物；
(2)将两待焊板按搭接位置放好，在上板材的待搭接部分切割一条或几条窄缝，窄缝宽度能刚好容纳下钨极针；
(3)在待焊窄缝两侧的两镁合金待焊板上面覆盖抑制变形垫板；所述的抑制变形垫板为厚度5～8mm的金属板，每块抑制变形垫板距离窄缝15～20mm；
(4)将焊枪钨极置于待焊窄缝中，将焊丝与焊枪钨极对准，使得焊丝位于焊枪钨极尖端下部，进行钨极氩弧焊，实现对所开窄缝区域的自动填丝焊；焊接工艺参数为：电弧电压10～20V，AC为150～200A，纯度为99.9％的氩气流量15～20L/min，焊接速度25～45cm/min，自动送丝速度50～75cm/min。
2.根据权利要求1所述的一种用于镁合金搭焊的自动氩弧开缝填丝焊接方法，其特征是，所述的镁合金待焊板材的厚度为1.5～4mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于镁合金搭焊的自动氩弧开缝填丝焊接方法，其特征是，步骤(2)中所述的窄缝的宽度在2.5～3mm之间。
4.根据权利要求1或3所述的一种用于镁合金搭焊的自动氩弧开缝填丝焊接方法，其特征是，步骤(2)中所述的窄缝为长度在100～300mm之间的长直槽形窄缝。
5.根据权利要求1所述的一种用于镁合金搭焊的自动氩弧开缝填丝焊接方法，其特征是，步骤(4)中将焊枪与焊接方向保持100～105°，送丝嘴倾斜20～30°。
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