[发明专利]一种用于镁合金的新型活性钨极氩弧焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种降低镁合金焊接气孔率，增加接头力学性能的活性钨极氩弧焊接方法。

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，被广泛应用于汽车、航空航天和电子工业中。作为储镁大国，镁合金的产业化应用已成为我国的科技战略发展目标之一。然而，镁的密排六方晶体结构，滑移系少，使其在常温下塑性变形能力低。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、低耗的镁合金先进连接技术已成为国内外的研究热点。近来，镁合金的焊接方法主要集中在钨极氩弧焊(Tungsten Inert Gas welding,TIG)、激光焊、搅拌摩擦焊和电子束焊等，TIG焊由于其便利性和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的板材焊接，需要通过开坡口、多道焊、双面焊等工艺实现，复杂了厚板镁合金的焊接工艺。此外，在镁合金厚板的单道TIG焊中，通过改变参数增加焊接热输入的方法，如增大焊接电流，增大焊接电压，降低焊接速度等对增加TIG焊接接头熔深的作用影响甚微，同时还会增加钨极和焊材的损耗，并造成焊缝金属的污染，从而降低焊接质量。为了解决TIG焊接中存在的上述问题，乌克兰巴顿焊接研究所首次提出了一种新型的焊接方法—活性钨极氩弧焊接(Activating Flux Tungsten Inert Gas welding,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。

在镁合金的A-TIG焊中，常用的活性剂可分为氧化物和卤化物(氯化物和氟化物等)，氧化物活性剂以TiO₂和Cr₂O₃为代表，常见的卤化物活性剂为CaF₂、MnCl₂。氧化物活性剂通过“表面张力理论”，即改变熔池运动行为增加溶深，在增加溶深的同时，也带入了大量的焊接热，从而粗化了接头的晶粒组织，从而降低接头的力学性能。卤化物活性剂(氯化物和氟化物等)大多具有腐蚀性与毒性，吸水受潮易使焊缝出现大量氢气孔。由于气孔的存在，大大降低了焊接接头的力学性能。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，对镁合金TIG焊接过程中产生的气孔，未提出较好的解决方案。此外，由于镁的化学性质活泼，在空气中易形成氧化膜。但镁合金氧化膜不致密，吸水性强，具有更大的气孔倾向。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。而且，从生产应用的角度来看，也可以减少次品量，降低焊接成本。因此，迫切需要一种既可以增加焊缝熔深，改善焊缝表面成形，又可以减少气孔的镁合金新型A-TIG焊接方法。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足，提出一种减少镁合金活性钨极氩弧焊接接头气孔率的焊接方法。该方法可以一次实现厚板的焊接。既可以显著提高焊接接头的熔深又可以减少焊接接头的气孔率，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；

(2)将混合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，涂层厚度约为0.3mm；

(3)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。

(4)混合活性剂是由TiO₂和CaF₂活性剂粉末按比例混合并充分碾磨后，加入适量丙酮使其成为糊状形成的活性剂；

(5)上述活性剂的重量配比为：TiO₂：60％～65％，CaF₂：35％～40％。