[发明专利]一种用于镁合金钨极氩弧焊的新型活性剂

说明书

技术领域

本发明是一种应用于镁合金钨极氩弧焊中的活性剂。包括以下过程，其特征在于：在焊接之前，先将TiO₂和CaF₂活性剂粉末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。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，涂层厚度约为0.3mm。待丙酮挥发后进行钨极氩弧焊接。 

背景技术

镁合金具有密度低、比强度高、电磁屏蔽性好和易回收等一系列优点，被称为二十一世纪的绿色工程材料，被广泛的应用于汽车、航空航天和电子工业中。我国作为镁资源大国，镁合金的产业化应用已成为国家科技战略发展目标之一。然而，镁在常温下具有密排六方晶体结构，滑移系少，塑性变形能力低。这些性质导致镁合金复杂结构件的生产与制备困难且成本较高。因此开发高质、高效、节能、降耗的镁合金先进连接技术已成为国内外研究的热点。近来，镁合金的焊接方法主要集中在钨极氩弧焊(TIG)、激光焊、搅拌摩擦焊和电子束焊等。TIG焊以其较好的便利性和较高的经济性在镁合金焊接工艺中得到广泛应用。但是TIG焊存在熔深浅(≤3mm)和焊接效率低等缺点，对于厚度大于3mm的板材需要开坡口进行多道焊。增大焊接电流对增加熔深的作用甚微，同时还会增加钨极的损耗，造成焊缝金属的污染。乌克兰巴顿焊接研究所为了解决钛合金TIG焊接中存在的上述问题，首次提出了一种新型的焊接方法—活性剂焊接(A-TIG)，并开发了用于钛合金的活性剂。甘肃工业大学的樊丁等人开发了用于低碳钢和不锈钢的TIG焊的活性剂。大连理工大学的刘黎明等人研究开发了用于镁合金焊接的活性剂。 

以上研究主要解决的是TIG焊的熔深较浅和焊接效率低等问题，但是镁合金氧化膜不致密，吸水性强，具有更大的气孔倾向。在A-TIG焊时，氧化物活性剂和氯化物活性剂的加入降低了熔池流动能力，这些冶金反应的复杂化有可能增加产生气孔的可能性。由于气孔的存在，大大降低了焊接接头的力学性能。因此，在采用A-TIG焊进行镁合金焊接时必须研究对各种缺陷的消除措施，以得到具有良好综合性能的焊接接头。从生产应用的角度来看，也可以减轻TIG焊前准备的工作量，降低焊接成本。因此，迫切需要一种既可以增加焊缝熔深和改善焊缝表面成形又可以减少气孔的用于镁合金TIG焊接的新型活性剂。 

发明内容

本发明目的是提供一种适用于镁合金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降低气孔率，从而达到提高焊接接头拉伸性能的目的。 

在进行传统TIG焊接之前，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。将TiO₂和CaF₂活性剂粉末按比例混合后进行充分碾磨，向碾磨好的混合物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，涂层厚度约为0.3mm。待丙酮挥发后进行TIG焊接。 

经过大量系统的实验研究，我们可以得出以下结论：TiO₂活性剂增加焊缝熔深的效果明显，其作用主要是改变了熔池的表面张力温度系数，从而改变熔池液态金属的流动方向；而CaF₂活性剂能够有效减少焊接接头气孔率主要是CaF₂与熔池的冶金反应生成不溶于液态金属的HF气体的结果。本发明优点是通过TiO₂和CaF₂活性剂的综合作用，既提高了焊缝熔深又减小了焊接接头的气孔率。拉伸测试结果表明，采用此种活性剂进行镁合金TIG焊时，焊接接头的极限抗拉强度明显增加。 

附图说明

图1是使用本发明方法进行镁合金活性TIG焊接的示意图。 

图2是涂覆活性剂前后焊缝成形的对比照片：左边是未涂覆活性剂的焊缝成形，右边是涂覆活性剂后的焊缝成形。可以看到，涂覆活性剂后焊道变窄，焊缝表面波纹细腻光滑。 

图3是涂覆活性剂前后焊缝横截面熔深对比照片：左边是未涂覆活性剂的焊缝熔深，右边是涂覆活性剂后的焊缝熔深。可以看到，涂覆活性剂的焊缝熔深增加了43％ 

图4是涂覆活性剂前后焊缝气孔率对比照片：左边是未涂覆活性剂；右边是涂覆活性剂。可以看到，涂覆活性剂后焊缝气孔率明显减小。 

图5是涂覆活性剂前后焊接接头的应力应变曲线。可以看到，同未涂覆活性剂的焊接接头相比，涂覆活性剂的焊接接头拉伸性能得到58％的提高。 

具体实施方式

例1