[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及一种热碾压形变装置及其工艺方法，特别是涉及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，属于镁合金焊接工艺领域。

背景技术

焊接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。由于焊接加工工艺本身的特点和镁合金自身的物理化学性能，导致镁合金焊接接头存在以下缺点：

①接头外形的不连续性，势必造成余高与母材的交界处有应力集中现象；

②接头组织的不连续性，镁合金接头的热影响区晶粒组织比焊缝和母材的组织粗大，整个接头的组织不均匀、不连续；

③由于焊缝金属的收缩性，在接头附近会产生残余应力，降低接头的力学性能；

④接头有焊接缺陷，由于镁合金的化学性质活泼，焊接过程中不可避免的会有气孔、夹渣等焊接缺陷出现；

⑤接头外观不平整、不美观。

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；并且镁还能与空气中的氮气强烈化合形成脆性氮化物，会大幅降低接头的力学性能。

所以，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。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供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，特别适用于镁合金焊接工艺领域。

本发明所要解决的技术问题是提供结构简单、布局紧凑、拆装方便、制作容易、安全可靠、实用性强的处理镁合金焊接接头的热碾压形变装置，采用热碾压形变方法来改善镁合金焊接接头的缺陷，将接头压平，不仅消除外形的不连续性和应力集中现象，达到接头组织更加均匀；而且采用热压可以使收缩的焊缝金属获得延展，可以校正变形并调节内应力的分布，可以起到焊后局部热处理的效果，从而消除部分残余应力；同时可以减弱或消除气孔、夹渣等缺陷，实现外观平整美观，极具有产业上的利用价值。

本发明所要解决的另一技术问题是提供操作方便、简单易行、顺畅有序、实用高效的处理镁合金焊接接头的热碾压形变装置的工艺方法，采用热碾压形变方法大幅提高镁合金焊接接头强度及塑性的同时，改善接头疲劳性能，从而解决镁合金焊接结构件制造中焊接接头强度偏低、塑性较差的问题。本发明通过热碾压机械强制作用使得镁合金焊缝及热影响区组织发生塑性变形从而获得细晶粒接头组织的方法，与已有的其它细化组织方法如外加磁场法、超声波振荡法、变质处理法等相比在细化机理方面存在着本质的区别；已有的其它细化组织方法主要基于在熔池结晶过程中引入外加能量或利用球化剂增大形核率来达到细化焊缝组织的目的，这些方法受焊缝凝固时间短、过程远离平衡等影响，很难保证充分的动力学过程，细化效果有限，且对热影响区的晶粒粗大无能为力。而本发明的工艺方法可以克服已有方法的不足，保证动力学过程充分进行、细化力度大、可靠性强、对焊缝及热影响区均有双重改善效果。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：