[发明专利]镁及镁合金的超声波辅助真空电子束焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁合金的超声波辅助真空电子束焊接方法，适用于镁及镁合金，尤其是 铸造镁合金的焊接。

背景技术

镁合金是一种具有潜在发展前景、性能优异的候选实用金属材料，被誉为“21世纪的绿 色工程材料”。由于镁合金在轻量性、比强度、导热性、导电性、减振能力、储能性、切削性、 可回收性以及尺寸稳定性等方面都具有独特优势，使镁合金的应用趋于广泛，在航空、航天、 汽车、家电、电子通信和国防军事等领域均具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。

国内外已经有报道的应用于镁合金焊接的方法有气焊、TIG焊、MIG焊、等离子弧焊、 电子束焊、激光焊、电阻焊、摩擦焊、扩散焊、钎焊以及复合热源焊。

对于熔化焊接，常用于镁合金的焊接方法主要有电弧焊和高能束流焊接。其中，电弧焊 是镁合金焊接最早，也是使用最广泛的焊接方法，在有无填加金属焊丝的的情况下，电弧焊 方法均可进行镁合金的焊接，其方法主要有TIG焊、MIG焊和等离子弧焊。TIG焊多用于镁 合金的薄板焊接，具有焊接接头变形小、热影响区窄，接头的力学性能及耐腐蚀性能都较高 等优点。同时，电弧燃烧过程中，电极是不熔化的，故容易维持恒定的电弧长度，焊接过程 较为稳定，电极和电弧区及熔化金属都处在氩气保护之中，使之与空气隔离，焊接效果较好。 MIG焊的镁合金焊接接头，质量比TIG焊更为优良和稳定，适合于焊接厚度大于5mm的镁 合金。由于采用焊丝作电极并填充焊缝，考虑到生产率的缘故，多选用直流反极性接法，同 时可使之具有良好的阴极雾化作用。等离子弧的能量密度、温度以及穿透力都显著高于自由 电弧，是一种高效的焊接方法，适合于较厚板镁合金的场合。采用等离子弧焊接镁合金时， 可以在背面无垫板的情况下实现中厚板对接的一次全焊透，且焊缝表面光滑，表现出良好的 疲劳力学性能。上述电弧焊接方法焊接热源一次穿透能力有限，主要适用于薄板或中厚板镁 合金的焊接。

高能束流焊接是用于镁合金的一种高效焊接方法，包括激光焊、激光-电弧复合焊以及 电子束焊。激光焊是可用于镁合金焊接的一种高功率密度的高效焊接方法。其热输入量低， 熔合区和热影响区窄，焊接变形小，焊缝接头性能好，可实现大熔深焊接，而且容易进行自 动化生产。对于一些变形镁合金，可以获得无裂纹、低孔隙率、表面成形良好的焊接接头。 激光-电弧复合焊接工艺综合了激光高能量密度和电弧加热范围大的优点，通过激光与电弧 的交互作用，来改善激光能量的耦合和电弧的稳定性，以获得综合的焊接效果。但是，镁合 金激光-电弧复合焊技术实际应用中的控制参数较多，例如：激光功率、电弧的电流和电压、 激光脉冲频率和宽度、焊接速度、激光与电弧中心的距离、激光与电弧配合方式、填充材料、 保护气体成分及流速等。因此，焊接过程比较复杂，不便调节和控制。另外，在激光的高温 作用下，钨极烧损比较严重。电弧与激光束作用比较复杂，高频引弧时引起电极烧损和电弧 摆动，起弧后不稳定。