[发明专利]一种改善镁合金焊接组织与性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料焊后加工，属于有色金属中镁合金板材生产加工领域，特别涉及一种镁合金焊接后热轧强化加工工艺。

  

背景技术

高的比强度、比刚度、优良的阻尼性能，以及防磁、屏蔽、散热、易切削加工、易回收等许多特性，使镁合金在电子、电器、交通、航天、航空和国防军事工业等领域受到高度重视。焊接是最常见的优化产品设计、减小生产成本的加工工艺，因此，若要充分发挥镁合金的各方面性能，必须辅以成熟的焊接技术。二战期间，航空业需要找到焊接镁和焊接铝的方法，加速了气体保护焊的研究进程。氩弧气体保护焊（TIG）发明后，镁合金的焊接问题取得重大突破。镁合金的研究仍如火如荼地进行，相应的焊接技术也随之发展，力求改善镁合金焊接质量。

当今的镁合金生产主要以热挤压、热轧、铸造等方法得到棒材、板材以及复杂形状的结构件。镁合金板材在实际应用过程中不可避免地会涉及到板材间的焊接，然而，由于镁合金熔点低、线膨胀系数和热导率高等特点，在焊接过程中与氧、氮的亲和力强，易形成氧化夹杂和脆性相，产生焊接变形和热裂纹等问题，严重影响焊接质量。氩弧气体保护焊、搅拌摩擦焊等先进焊接方法能有效的防止镁合金焊接过程中的氧化并减少气孔等缺陷，但镁合金焊缝为铸态组织，热影响区晶粒粗大，导致这两部分区域较基体而言，强度较差，成为镁合金焊件首先受破坏的区域，且由于焊缝与基材组织状态不同，即使打磨光亮，焊缝仍然明显，影响美观，这些因素都从很大程度上抑制了镁合金焊接板材的生产、加工及应用。此前针对此问题的研究，部分研究致力于改善焊接工艺，焊接参数等的优化的改善了焊缝-热影响区的组织和性能，但是效果有限，还有部分研究采用了热处理的方法，提供某些可热处理强化的焊缝-热影响区强化工艺，但是在强化这两个区域的同时，由于基材和这两个区域的组织存在差异，可能会因为受热等原因，组织变得粗大，导致强度下降。

因此，改善镁合金板材焊缝及热影响区组织，提高其强度，使之与基材组织、强度趋于一致，成为了一项重要的研究课题。

  

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明解决镁合金焊缝存在强度较差，并且焊缝影响美观的问题，提供一种改善镁合金板材焊缝-热影响区的组织性能，使之与基材间的组织性能趋于一致。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种改善镁合金焊接组织与性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）首先，将镁合金焊接板材置于热处理炉中，温度在250℃~350℃之间，进行1~3h的焊后去应力退火；一方面消除了焊接应力，另一方面焊缝处的第二相有所溶解，组织变得均匀，有利于下一步工艺的进行。

2）打磨。在热轧前，使用金相砂纸将焊缝处打磨平整，使之与基材等高，以免在热轧过程中由于各部分受力不均导致焊缝开裂。 

3）热轧。热轧前，将镁合金加热到350℃~400℃，保温20min~1h后在350±50℃下热轧热轧，避免板材出炉后冷却过快导致热轧温度偏低的情况。镁合金在热轧过程中发生动态再结晶，获得再结晶组织，晶粒得到细化，结合加工硬化效应，强度硬度大幅提高。板材收到轧辊压力的作用，板材组织结构变得致密，有效减少焊缝处的微小气孔，减少了板材受力时的裂纹源及其扩展路径。

本发明工艺，在不进行轧后退火情况下，可使镁合金焊接板材的焊缝及热影响区处的抗拉强度提高到基材的90%以上，焊缝-热影响区处的组织细化至基材晶粒大小。经过轧制的镁合金焊板，组织性能得到大幅改善，并产生了一定量的孪晶，整体的残余应力增加。

对于3mm厚TIG焊得到的AZ31镁合金焊接板，去应力退火温度为300±5℃，时间2h。其他成分及厚度的镁合金焊接板材，其去焊接应力退火工艺可以此为依据做适当调整。

所述焊接板材为填丝TIG焊、搅拌摩擦焊，单/双面对焊板材，TIG焊时坡口可根据板材厚度选择不开坡口、V型坡口、X型坡口等。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1. 本发明通过TIG焊对焊得到无明显焊接缺陷的镁合金焊板，然后对其进行热处理及热轧等工艺，获得组织和性能跟基材相近，具有晶粒细小的焊缝、热影响区组织的镁合金焊接板。

TIG焊在保护气下进行，可有效防止镁合金板材在焊接过程中的氧化，交流TIG焊在得到一定熔深的同时，可起到阴极雾化作用，清除板材表面的氧化夹杂，且相对于搅拌摩擦焊来说，TIG焊对所焊板材的形状、表面质量要求较低。