CN108032002A - 一种用于镁合金活性钨极氩弧焊的混合活性剂 - Google Patents

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Abstract

一种用于镁合金活性钨极氩弧焊接的混合活性剂。包括以下步骤：(1)混合活性剂由MnCl2和ZnO混合而成的，其重量配比如下：MnCl2：65％～75％，ZnO：25％～35％。(2)所述活性剂的使用方法是将MnCl2和ZnO活性剂粉末充分碾磨，混合均匀后均匀加入适量丙酮使其成为糊状。(3)再用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在试样上表面，涂覆宽度约为40mm，活性剂的平均涂敷量为6mg·cm‑2。(4)待丙酮挥发后进行TIG焊接。(5)焊接完成后，观察焊接接头和熔池形貌，微观组织，表征力学性能。

Description

一种用于镁合金活性钨极氩弧焊的混合活性剂
技术领域
本发明属于材料加工领域，尤其涉及一种既可提高镁合金钨极氩弧焊接接头熔深，又可细化晶粒组织，提高焊接质量，增加接头拉伸性能的混合活性剂。
背景技术
镁及其合金以其低比重、良好的加工性能、丰富的天然储量而日益受到人们关注。与其它金属材料及工程塑料相比，镁合金具有较高的比强度和比刚度、优良的阻尼减震性、电磁屏蔽性、机械加工性和铸造性能，必将成为21世纪重要的商用轻质结构材料。焊接作为一种主要的连接方法，对其技术革新，必将对镁合金广泛的工业化应用起到至关重要的作用。钨极氩弧焊(Tungsten Inert Gas Arc Welding,TIG)几乎可用于所有金属的连接，它的突出优点是焊接质量高。但TIG焊也存在焊接熔深浅、生产效率低的缺点，不利于厚板的焊接。在上世纪60年代，乌克兰巴顿焊接研究所的专家根据焊缝中微量元素影响焊缝熔深的这一现象，在焊前将含有某些微量元素的活性焊剂涂在待焊工件表面进行焊接，用以影响焊缝的形状，从而达到有选择地控制焊缝形貌的目的，随后的研究成果逐步形成最初的活性钨极氩弧焊接(Activing Flux TIG Welding,A-TIG)工艺。
在镁合金的A-TIG焊中，常用的活性剂主要为氧化物和卤化物(氯化物和氟化物等)，氧化物活性剂主要通过“表面张力理论”，即改变熔池运动行为增加溶深；氯化物活性剂主要通过“电弧收缩理论”增加溶深。二者在增加溶深的同时，也带入了大量的焊接热，粗化了接头的晶粒组织，从而降低接头的力学性能。单一种类的活性剂主要解决了TIG焊的熔深较浅和焊接效率低等问题，但其带来的晶粒粗化缺陷也对对焊接接头组织及性能造成不良影响。因此，在采用A-TIG焊进行镁合金焊接时必须研究解决镁合金熔合区晶粒粗化的措施，以得到具有良好综合性能的焊接接头。徐杰等人研究了氧化物和氯化物对交流填丝A-TIG焊熔深和焊缝组织的影响。他们在钢的焊接中应用活性剂可获得比普通TIG焊3倍的熔深。此外，Mn和Zn元素会与熔池金属发生冶金反应而细化焊缝晶粒从而影响镁合金焊接接头的力学性能。因此，复合含Mn和Zn元素的活性剂是一种既可以增加焊缝熔深、改善焊缝表面成形，又可以提升镁合金焊接接头性能的新型镁合金A-TIG焊接活性剂。
综上所述，在镁合金TIG焊接中采用单一种类的活性剂，虽能解决传统TIG焊缝熔深浅和焊接效率低的问题。但其带来的晶粒粗化缺陷又对对焊接接头组织及性能造成不良影响。因此，为了突破其局限，发展实用性的混合活性剂，使得TIG焊后的镁合金接头获得均匀致密的显微组织显得十分必要。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种适用于镁合金A-TIG焊接的新型活性剂，该活性剂既可以显著提高焊接接头的熔深又可以细化母材晶粒，从而达到提高焊接质量，提升接头拉伸性能，满足更加高要求的工业生产的目的。
为了实现上述目的，本发明包括以下步骤：
(1)将MnCl2和ZnO活性剂粉末充分碾磨，混合均匀后均匀加入适量丙酮使其成为糊状；
(2)上述活性剂的重量配比为：MnCl2：65％～75％，ZnO：25％～35％；
(3)先将被焊工件表面仔细打磨并用酒精清洗以除去氧化物和油污；
(4)将步骤(1)(2)所述的活性剂用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在试样上表面，涂覆宽度约为40mm，活性剂的平均涂敷量为6mg·cm-2；
(5)待涂敷在待焊件镁板表面的混合活性剂中的丙酮完全挥发后，进行TIG焊接。
本发明具有以下有益效果：利用“电弧收缩”和“Marangoni对流”综合作用，在增加焊缝熔深的同时，也利用Marangoni对流将Mn和Zn元素带了熔池。随后，Mn和Zn元素会与熔池金属发生冶金反应，从而细化焊缝晶粒并进一步影响镁合金焊接接头的力学性能。
附图说明
下面结合附图并以70％MnCl2和30％ZnO的混合活性剂为例，与未涂敷活性剂和涂敷单一MnCl2活性剂对比用于AZ31镁合金的TIG焊接中，对本发明进一步说明。但本发明的内容并不限于此。
图1是涂覆活性剂前后AZ31A-TIG焊后焊缝成形的对比照片：(a)是未涂覆活性剂的焊缝形貌，(b)是涂覆MnCl2活性剂后的焊缝形貌。(c)是涂覆MnCl2和ZnO混合活性剂后的焊缝形貌。
图2是涂覆活性剂前后AZ31A-TIG焊后焊缝横截面熔深的对比照片：(a)是未涂覆活性剂的焊缝熔深，(b)是涂覆MnCl2活性剂后的焊缝熔深。(c)是涂覆MnCl2和ZnO混合活性剂后的焊缝熔深。
图3是涂覆活性剂前后AZ31A-TIG焊后接头微观组织的对比照片：(a)是未涂覆活性剂的接头微观组织，(b)是涂覆MnCl2活性剂后的接头微观组织。(c)是涂覆MnCl2和ZnO混合活性剂后的接头微观组织。
图4是涂覆活性剂前后AZ31A-TIG焊后焊接接头的应力应变曲线。
具体实施方式
AZ31镁合金单道TIG对接焊焊接工艺：
实验采用交流TIG焊机(NSA-500-1)对AZ31镁合金进行TIG焊接。实验中采用未涂敷活性剂，涂敷单一MnCl2活性剂和MnCl2与ZnO混合活性剂，进行对比实验。
活性剂重量配比为MnCl2：70％和ZnO：30％。先将MnCl2和ZnO活性剂粉末充分碾磨后按比例进行混合，然后向混合物中加入丙酮使其成为糊状。而单一MnCl2活性剂则直接用丙酮调成糊状。再用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在试样上表面，涂覆宽度约为40mm，活性剂的平均涂敷量为6mg·cm-2。待丙酮挥发后进行焊接。
具体焊接工艺参数如下：
对板厚为6mm的AZ31镁合金板材进行TIG焊接采取的焊接规范为：
焊接完成后，截取焊接接头同样大小的选区试样，对其宏观形貌，熔池，围观组织，力学性能进行检测表征，结果表明：采用MnCl2和ZnO混合活性剂的焊接接头熔深大，组织均匀细小，力学性能优异。

Claims (2)

1.一种用于镁合金活性钨极氩弧焊的混合活性剂，其特征在于，包括以下：
(1)混合活性剂由MnCl2和ZnO混合而成的，其重量配比如下：MnCl2：65％～75％，ZnO：25％～35％。
2.本发明的特征是先将本发明的特征是先将活性剂粉末按照权利1所述的比例进行混合并充分碾磨，然后向活性剂粉末中加入适量丙酮，使其成为糊状，再用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在试样上表面，涂覆宽度约为40mm，活性剂的平均涂敷量为6mg·cm-2，待丙酮挥发后进行钨极氩弧焊接。
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