CN107052534A - 一种同步喷丸镁合金焊接装置及方法 - Google Patents

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丁书剑
李建
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Abstract

本发明公开了一种同步喷丸镁合金焊接装置及方法，包括送板滚轮组、焊枪、喷丸装置、焊接平台、整形滚轮组，送板滚轮组将镁合金板材送入焊接通道，然后采用钨极氩弧焊接方法进行板材对接焊，对已经焊接完成的焊缝进行喷丸处理，焊接与喷丸同步进行，喷丸对已凝固成型的焊缝进行大尺度塑性变形，对镁合金焊缝表面起到硬化作用，同时打碎了表面粗大的柱状晶，细化了表面晶粒，提高了镁合金焊缝的力学性能。

Description

一种同步喷丸镁合金焊接装置及方法
技术领域
本发明属于焊接工艺领域，具体涉及一种同步喷丸镁合金焊接装置及方法。
背景技术
焊接技术是镁合金产品制造的关键加工技术，但镁合金焊接性能不好，很难实现可靠连接。为此镁合金结构件以及镁合金与其它材料结构件之间的连接，成为制约镁合金应用的技术瓶颈和亟待解决的关键技术之一。镁合金焊接接头的可靠性已成为其应用的迫切问题，目前镁合金正在应用于众多承力结构件的制造，如汽车制造业中镁合金方向盘骨架、动力系统自动变速箱、油底、镁合金管材汽车底盘等。这些承力结构件的焊接接头强度、塑性及疲劳性能等问题是产品安全可靠性的最基本而又最重要的评价指标。资料表明，在镁合金焊接结构的失效中，许多事故是由于焊接接头的断裂造成的。在实际工程应用中，许多焊接结构都是在交变的动载荷下服役的，此时如果仅仅考虑焊接接头的静载抗拉强度或屈服强度，那么焊接结构很容易在正常服役期间就发生失效断裂，引起较大的工程事故，所以在结构设计时必须充分考虑焊接接头在交变载荷下的疲劳强度性能，而对于镁合金焊接结构而言，疲劳断裂也是其失效的一种主要形式，由疲劳裂纹引起的焊接结构失效断裂事故占总断裂事故的80%以上。镁合金焊接结构在工程应用中会受到各种振动、脉动载荷或交变载荷的作用，这些载荷对其使用的安全性和工作寿命的威胁极大，会引起结构的疲劳裂纹形核和微裂纹扩展，特别是镁合金熔焊接头。
在镁合金焊接技术中，解决其焊接接头强韧性，是确保镁合金焊接结构应用的一个必要条件。目前已有研究采用了不同的焊接方法和手段来消除或减弱镁合金焊接接头的上述缺点，但是这些方法对上述问题的解决能力非常有限。由于镁合金具有高导热率、大膨胀系数、更低的熔点和沸点等特性，使得在镁合金焊缝及近缝区易产生过热组织且晶粒粗大，这种粗大晶粒会直接影响接头的力学性能，镁还能与空气中的氮气强烈化合形成脆性氮化物，降低接头的力学性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种同步喷丸镁合金焊接装置及方法。
本发明的技术方案为：一种同步喷丸镁合金焊接装置，包括送板滚轮组、焊枪、喷丸装置、焊接平台、整形滚轮组，送板滚轮组与整形滚轮组之间设置有焊接平台，焊接平台上设置有待焊接的镁合金板材，喷丸装置设置在镁合金板材的上方，喷丸装置设置在距离焊枪的右侧150-200mm位置处。
进一步地，所述喷丸装置中的钢丸直径为1.0mm。
进一步地，所述喷丸装置的喷嘴到焊缝表面的距离为10-15mm。
进一步地，所述喷丸装置的工作压力为0.2-0.4MPa。
一种同步喷丸镁合金焊接方法，其特征在于：焊接过程中，焊接、喷丸同步进行。
进一步地，所述焊接的速度与喷丸运动速度均设置为3-6mm/s。
进一步地，整形滚轮组对已经喷丸后的焊缝进行压制整形。
进一步地，所述整形滚轮组施加压力为180MPa。
本发明的有益效果为：
（1）同步喷丸工艺，可以在一定程度上消除外形的不连续性和应力集中现象，实现焊缝向母材平缓过渡；
（2）同步喷丸工艺，在镁合金焊接接头产生较大塑性变形，细化接头表面晶粒，在接头横截面方向形成上表面细晶粒密度大，中间密度小的梯度组织；提高了表面硬度，同步喷丸后表面硬度是母材的1.3倍；
（3）同步喷丸工艺可以使收缩的镁合金焊缝金属获得延展，可以校正变形并调节内应力的分布，可以减弱或消除焊接残余应力；
（4）同步喷丸工艺可以减弱或消除气孔和微裂纹等缺陷；
（5）同步喷丸后，镁合金焊接接头处产生较大压应力。
附图说明
图1为一种同步喷丸镁合金焊接装置的结构示意图。
图2为经同步喷丸处理后和未经同步喷丸处理的镁合金焊接接头的金相组织对比图片。
图3为母材、焊接接头、经同步喷丸装置处理的焊接接头的力学性能曲线图谱。
具体实施方式
为了能更好的了解本发明的技术特征、技术内容及其达到的技术效果，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。
如图1所示，一种同步喷丸镁合金焊接装置，包括送板滚轮组1、焊枪2、喷丸装置3、焊接平台4、整形滚轮组5。
送板滚轮组1的上下两个送板滚轮正对设置，镁合金板材通过送板滚轮组1将镁合金板材送入焊接通道；整形滚轮组5的上下两个整形滚轮亦正对设置，整形滚轮组1将焊接后的镁合金板材移出焊接通道。送板滚轮组1与整形滚轮组5之间为焊接区域，焊接区域内设置有焊接平台4，焊接平台4上设置有待焊接的镁合金板材。
试验采用TPS4000数字化氩弧焊/钎焊多功能焊接设备进行手工焊接，TPS4000数字化氩弧焊/钎焊多功能焊接设备连接有焊枪2，焊枪2内设置有钨极和焊丝，钨极端部用砂轮打磨成半球形，其直径为2.5mm，焊枪2的喷嘴直径设为7mm，电弧高度设为4mm。焊枪2设置在镁合金板材的上方。
在距离焊枪2的右侧150-200mm位置处设置有喷丸装置4，喷丸装置3中的钢丸直径为1.0mm，喷丸装置3的喷嘴到焊缝表面的距离为10-15mm，喷丸装置3的工作压力为0.2-0.4MPa。
本发明提供了一种同步喷丸镁合金焊接方法，具体包括如下4个步骤：
（1）母材的选择
母材选用Mg-Al系AZ31镁合金板材，母材尺寸设置为2000mm ×600mm×2mm，本发明适合处理母材的厚度在2-4mm。 母材的主要化学成分及力学性能见表1和表2：
表1 AZ31镁合金的化学成分（wt.%）
Al Zn Mn Si Fe Cu Ni Mg
3.38 0.88 0.48 0.01 0.0027 0.0015 0.0005 Bal.
表2 AZ31镁合金的力学性能
屈服强度σ0.2/MPa 抗拉强度σb/MPa 伸长率δ/% 硬度HV
125.8 212.5 18 38
（2）焊接前的准备
用上述尺寸相同的2块母材组成1副对接焊试板，焊接试板开60°的V型坡口，根部间隙控制在3～4mm。用丙酮清除试板表面的油污，将焊接区域20-30mm以内用砂纸打磨至露出金属光泽，坡口面经刮削清除氧化膜，保证在焊接开始前的待焊区域没有污染物。
（3）焊接、喷丸同步进行
由送板滚轮组1将对接焊试板送入焊接通道，然后采用钨极氩弧焊接方法对接焊，启动喷丸装置3，对已经焊接完成的焊缝进行喷丸处理，在焊接过程中，保持焊接、喷丸同步进行。其中，焊接速度与喷丸运动速度设置为3-6mm/s 。喷丸对已凝固成型的焊缝进行大尺度塑性变形，对镁合金焊缝表面起到硬化作用，进一步细化了焊接接头表面组织，提高了镁合金焊缝的力学性能。
（4）压制整形
整形滚轮组5对已经喷丸后的焊缝进行压制整形，整形滚轮组5施加压力180Mpa，进一步提高焊缝外观质量和力学性能。
如图2所示，其中(a)为同步喷丸处理后的镁合金焊接接头的金相组织图片，(b)为未经同步喷丸处理后的镁合金焊接接头的金相组织图片。同步喷丸处理后的镁合金焊接接头焊缝区晶粒细小，依然保持着等轴晶形貌。在近表面处，存在一定的位错线，并且有些部位也出现了位错缠绕现象。焊缝表面细晶粒密度较大，体积分数基本饱和，小晶粒呈类似于长条状排列。由表面到中间层表现出梯度组织。
图3母材、焊接接头、同步喷丸处理的焊接接头的力学性能曲线图谱，同步喷丸处理后的焊接接头的抗拉强度可达208.7MPa，AZ31镁合金（无焊缝）母材的抗拉强度实测结果为212.5MPa，说明焊接接头经同步喷丸处理，抗拉强度已达到母材金属的98.2%。而焊态接头的抗拉强度通常在150～180MPa之间，仅有母材金属抗拉强度的70%～84%。因此可以认为焊后同步喷丸处理的接头强度已接近于母材金属的强度水平，接头强度具有明显的改善作用。镁合金接头表面硬度也提高至49HV，主要是由于同步喷丸工艺对表面产生硬化作用。
喷丸过程中高温动态塑性变形促进非平衡凝固焊接接头组织内部强化相的弥散析出及焊接接头过饱和合金元素均匀化扩散，使镁合金焊接接头的强度和塑性均优于未处理的焊态接头，接近母材性能。
本发明同样适合铝合金板材的焊接。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种同步喷丸镁合金焊接装置，其特征在于：包括送板滚轮组、焊枪、喷丸装置、焊接平台、整形滚轮组，送板滚轮组与整形滚轮组之间设置有焊接平台，焊接平台上设置有待焊接的镁合金板材，喷丸装置设置在镁合金板材的上方，喷丸装置设置在距离焊枪的右侧150-200mm位置处。
2.根据权利要求1所述的一种同步喷丸镁合金焊接装置，其特征在于：所述喷丸装置中的钢丸直径为1.0mm。
3.根据权利要求1所述的一种同步喷丸镁合金焊接装置，其特征在于：所述喷丸装置的喷嘴到焊缝表面的距离为10-15mm。
4.根据权利要求1所述的一种同步喷丸镁合金焊接装置，其特征在于：所述喷丸装置的工作压力为0.2-0.4MPa。
5.一种同步喷丸镁合金焊接方法，其特征在于：焊接过程中，焊接、喷丸同步进行。
6.根据权利要求5所述的一种同步喷丸镁合金焊接方法，其特征在于：所述焊接的速度与喷丸运动速度均设置为3-6mm/s。
7.根据权利要求5所述的一种同步喷丸镁合金焊接方法，其特征在于：整形滚轮组对已经喷丸后的焊缝进行压制整形。
8.根据权利要求7所述的一种同步喷丸镁合金焊接方法，其特征在于：所述整形滚轮组施加压力为180MPa。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56139296A (en) * 1980-03-31 1981-10-30 Toyo Eng Corp Welding method
CN1220934A (zh) * 1997-12-18 1999-06-30 通用电气公司 阻止裂纹的激光震动喷丸方法
CN1708593A (zh) * 2002-10-30 2005-12-14 新日本制铁株式会社 提高钢材的焊接接头中的热影响区的韧性的方法
JP2009034721A (ja) * 2007-08-03 2009-02-19 Nippon Steel Corp 耐疲労特性に優れた溶接継手の製作方法およびその製作装置
CN202079366U (zh) * 2011-04-22 2011-12-21 孟良 一种h型钢焊接机
CN103934551A (zh) * 2014-04-18 2014-07-23 重庆大学 表面机械研磨处理和超声波协同辅助异种金属tig熔-钎焊方法
EP2868882A1 (en) * 2012-05-31 2015-05-06 UD Trucks Corporation Method for improving durability of exhaust-gas pipe, and exhaust-gas purification device
CN104826894A (zh) * 2015-05-13 2015-08-12 南京工程学院 一种处理镁合金焊接接头的热碾压形变装置及其工艺方法
CN106041344A (zh) * 2016-08-17 2016-10-26 广东工业大学 一种用于航空发动机支架的激光喷丸校形质量控制方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56139296A (en) * 1980-03-31 1981-10-30 Toyo Eng Corp Welding method
CN1220934A (zh) * 1997-12-18 1999-06-30 通用电气公司 阻止裂纹的激光震动喷丸方法
CN1708593A (zh) * 2002-10-30 2005-12-14 新日本制铁株式会社 提高钢材的焊接接头中的热影响区的韧性的方法
JP2009034721A (ja) * 2007-08-03 2009-02-19 Nippon Steel Corp 耐疲労特性に優れた溶接継手の製作方法およびその製作装置
CN202079366U (zh) * 2011-04-22 2011-12-21 孟良 一种h型钢焊接机
EP2868882A1 (en) * 2012-05-31 2015-05-06 UD Trucks Corporation Method for improving durability of exhaust-gas pipe, and exhaust-gas purification device
CN103934551A (zh) * 2014-04-18 2014-07-23 重庆大学 表面机械研磨处理和超声波协同辅助异种金属tig熔-钎焊方法
CN104826894A (zh) * 2015-05-13 2015-08-12 南京工程学院 一种处理镁合金焊接接头的热碾压形变装置及其工艺方法
CN106041344A (zh) * 2016-08-17 2016-10-26 广东工业大学 一种用于航空发动机支架的激光喷丸校形质量控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
岑军键等: "《新编非标准设备设计手册 上册》", 31 January 1999, 国防工业出版社 *
钟良等: "《模具材料及表面处理技术》", 30 January 2016, 西南交通大学出版社 *

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