專利名稱：鎂合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鎂合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，適用于鎂及鎂合金材料的焊接。
背景技術：
鎂合金的密度小，比強度、比剛度高，具有良好的導熱、導電性能，優(yōu)良的阻尼減震性和電磁屏蔽性等特點。作為實際應用中最輕的金屬結構材料，鎂合金易于加工成型， 容易回收、降解。正是由于這些特性，使鎂合金在航空航天、汽車、兵器、電子等領域具有廣闊的應用前景。
由于鎂合金熱導率高、熱膨脹系數(shù)大、熔點低及易氧化的特點，使其焊接性較差， 在焊接過程容易產(chǎn)生裂紋、氣孔、飛濺、夾雜、焊后變形量大等問題。鎢極氬弧焊接方法是一種較早應用于鎂合金材料的熔化焊接方法，采用常規(guī)的鎢極氬弧焊方法焊接鎂合金時常常存在以下問題1、焊接效率低，熔深小。由于鎢電極承載電流的能力有限，且自由電弧形態(tài)較為擴展， 電弧的功率密度較小，使形成的焊縫熔深淺，焊接速度和熔敷效率不高，在焊接中厚板時生產(chǎn)效率較低。
2、氣孔傾向大。鎂在高溫時能溶解一定量的氣體，而常規(guī)無填充材料的鎢極氬弧焊采用的保護氣體氬氣無脫氧和去氫作用，焊接工藝對氣孔敏感。
3、采用自動送絲焊接時，送絲系統(tǒng)較為復雜，且送絲精度要求較高；采用手工送絲焊接時，送絲效率低下，不能進行長焊縫的連續(xù)焊接生產(chǎn)。
針對常規(guī)鎢極氬弧焊的上述問題，迫切需要一種可以實現(xiàn)自動焊接的高效率的氬弧焊接方法，以較低的或相近的生產(chǎn)成本來彌補常規(guī)鎢極氬弧焊接方法的不足，對常規(guī)氬弧焊方法形成良好的補充。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對常規(guī)鎢極氬弧焊技術存在的問題，提供一種容易實施，具有較高焊接效率特征，且氣孔傾向較小，使焊接質量得以提高的鎂合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案一種鎂合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，按以下步驟進行(1)將合金粉末材料干燥后盛于送粉機構中待用；(2)校準鎢極氬弧焊槍與送粉機構送粉噴嘴對中；(3)送粉機構提前送粉，在氣壓作用下使合金粉末從送粉噴嘴穩(wěn)定噴出；(4)鎢極氬弧焊槍提前送氣保護待焊區(qū)域，然后引燃電弧進行焊接；(5)待焊區(qū)域焊接完成后，停止合金粉末噴射送進，熄弧，鎢極氬弧焊槍滯后停氣，焊接結束，焊件自然冷卻。
所述的合金粉末采用氬氣作為工作氣體輔助送進，且送粉氣路獨立于焊接時的惰性保護氣體氣路。
所述作為填充材料的合金粉末為鎂基粉末，其中含有總量不低于5%質量百分含量的活性成分和穩(wěn)弧成分，活性成分為Cr203、SiO2, MgO中的至少一種，穩(wěn)弧成分為Ti02、 CaF2中的至少一種，活性成分與穩(wěn)弧成分按照6:4重量比例進行配制。
所述步驟(2)校準鎢電極與送粉噴嘴對中時，使噴射送粉軸線方向與鎢電極的延長線相交，并根據(jù)焊接工藝的不同形成30° 60°的入射角，最終對準于工件待焊位置。
所述的合金粉末可以借助送粉機構采用自動填充的方式添加到待焊的鎂合金材料焊縫中，也可以采用焊前預置的方式實現(xiàn)合金粉末的填充。
所述送粉工作氣體流量為每分鐘3 8升，送粉量為每分鐘150 350克。
本發(fā)明的創(chuàng)新在于采用配制的合金粉末作為填充材料，實現(xiàn)高效率、高質量的鎢極氬弧焊接。為了實現(xiàn)這一目標，其技術關鍵在于通過在合金粉末中添加活性成分，使合金粉末熔化后與熔化的鎂合金材料形成的熔池液相表面張力得以降低，有利于避免金屬液相在焊縫表面形成顆粒小球，從而在焊接位置潤濕鋪展形成填充效果，焊縫表面成形良好； 通過在合金粉末中添加穩(wěn)弧成分，使焊接電弧穩(wěn)定燃燒，有利于焊接過程的平穩(wěn)進行，從而獲得高質量焊縫；通過校準鎢極氬弧焊槍和送粉機構噴嘴的位置，使電弧能量準確地集中作用于材料的待焊位置，同時使合金粉末填充料準確送入待焊區(qū)域熔化并參與形成焊縫。 在上述關鍵技術條件下，合金粉末作為焊接填充材料輔助焊縫成形過程，從而獲得高質量鎂合金焊縫。
其系統(tǒng)組成如圖1所示，工作原理如圖2所示。除了常規(guī)鎢極氬弧焊的焊接電源 7，保護氣氣瓶5和焊槍4之外，系統(tǒng)組成還包括送粉機構1，送粉工作氣氣瓶6以及送粉噴嘴3。合金粉末添加到送粉機構1之后，在送粉工作氣體15的氣壓作用下，以一定速度從送粉噴嘴3噴射而出，形成具有一定挺直性的合金粉末流13，在電弧熱源12的加熱作用下，合金粉末流13迅速熔化，并與母材金屬融為一體，最終形成焊縫11。在焊接過程中，保護氣體14與送粉工作氣體15共同形成對焊接區(qū)域的惰性氣氛保護。為保證電弧熱源12對合金粉末流13及工件2的集中加熱效應，在焊前須校準鎢電極8與送粉噴嘴3的對中性，使噴射送粉軸線方向與鎢電極8的延長線相交，并根據(jù)焊接工藝的不同形成30° 60°的入射角，最終對準于工件2待焊位置。
本發(fā)明提出的鎂合金的粉末填充鎢極氬弧焊接方法在不增加額外工藝加工程序的前提下，能夠獲得高質量焊接接頭，從而可以實現(xiàn)鎂及鎂合金材料的高質量、高效焊接， 是對鎂合金焊接加工方法的豐富與補充，和常規(guī)鎢極氬弧焊接方法相比，該方法具體具有以下優(yōu)點和效果1、焊接熔深大，熔敷效率高，使焊接生產(chǎn)效率得以提高，適用于薄板焊接，且同樣適用于中等厚度鎂合金材料的多層填充焊。
2、合金粉末成分的冶金作用，使鎂合金材料焊接氣孔傾向降低，有利于提高焊縫的致密度，從而獲得高質量焊縫。
3、送粉機構簡單，不增加額外焊接生產(chǎn)成本和額外工藝加工程序，不但可用于半自動焊接，也適用于全自動焊接的長焊縫連續(xù)焊接生產(chǎn)，工藝靈活，可滿足一般產(chǎn)品的需求。
4、對焊接工件裝配精度要求降低，且降低了對裝配時間隙、對中的敏感性，具有較為廣范的適用范圍。


圖1是鎂合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接系統(tǒng)組成示意圖。
圖2是鎂合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接工作原理示意圖。
圖3是實施例1自動送粉焊接工藝示意圖。
圖4是實施例2預置合金粉末焊接工藝示意圖。
圖中1送粉機構、2工件、3送粉噴嘴、4焊槍、5保護氣氣瓶、6送粉工作氣氣瓶、7 焊接電源、8鎢電極、9焊槍噴嘴、10裝夾機構、11焊縫、12電弧熱源、13合金粉末流、14保護氣體、15送粉工作氣體、16坡口、17預置合金粉末。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。
實施例1 如圖3所示，待焊接的鎂合金工件2為兩塊厚度6mm的平板結構的對接，工件2開30 ° V型坡口，鈍邊高度2mm，通過夾具將兩塊工件2裝夾，且不留裝配間隙。設定焊接電流為120A，焊接速度為12m/h，保護氣體14流量為12L/min，送粉工作氣體 15流量為4L/min，合金粉末送粉量為150g/min，鎢電極8直徑為2. 4mm。合金粉末材料由重量6% SiO2粉末、粉末和余量Mg粉末組成，將合金粉末材料干燥后盛于送粉機構 1中，校正鎢電極8與送粉噴嘴3的對中性，使鎢電極8的延長線與送粉噴嘴3沿噴射送粉方向相交成50°入射角，且對準于工件2待焊坡口位置。開啟送粉機構1提前送粉，在氣壓作用下使合金粉末從送粉噴嘴3以適當?shù)牧髁糠€(wěn)定噴出，形成合金粉末流13。待送粉穩(wěn)定后，開啟鎢極氬弧焊槍4提前送氣保護待焊區(qū)域，然后引燃電弧熱源12進行焊接。待第一層焊縫焊接完成后，停止合金粉末噴射送進，熄弧，鎢極氬弧焊槍4滯后停氣。重復上述程序進行第二層焊縫焊接，直至整條焊縫完成。焊接結束，焊件自然冷卻。
實施例2 如圖4所示，待焊接的鎂合金工件2為兩塊厚度3mm的平板結構的對接， 工件2不開坡口，通過夾具將兩塊工件2裝夾，裝配間隙為1mm。合金粉末材料由重量6% SiO2粉末、4% TiO2粉末和余量Mg粉末組成，將合金粉末材料干燥后用丙酮溶液調(diào)勻，并均勻刷涂填充于待焊工件2的預留間隙處，且在待焊處表面形成一定的合金粉末余高層，待預置合金粉末17中的丙酮溶液完全揮發(fā)。設定焊接電流為120A，焊接速度為10m/h，保護氣體14流量為12171^11，鎢電極8直徑為2.4111111。開啟鎢極氬弧焊槍4提前送氣保護待焊區(qū)域，然后引燃電弧熱源12進行焊接。待焊區(qū)域焊接完成后，熄弧，鎢極氬弧焊槍4滯后停氣，焊接結束，焊件自然冷卻。
權利要求
1.一種鎂合金的鎢極氬弧焊接方法，其特征在于，采用合金粉末作為焊接填充材料，所述焊接方法的步驟如下(1)將合金粉末材料干燥后盛于送粉機構中待用；(2)校準鎢極氬弧焊槍與送粉機構送粉噴嘴對中；(3)送粉機構提前送粉，在氣壓作用下使合金粉末由送粉噴嘴穩(wěn)定噴出；(4)鎢極氬弧焊槍提前送氣保護待焊區(qū)域，然后引燃電弧進行焊接；(5)待焊區(qū)域焊接完成后，停止合金粉末噴射送進，熄弧，鎢極氬弧焊槍滯后停氣，焊接結束，焊件自然冷卻。
2.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，其特征在于合金粉末采用氬氣作為工作氣體輔助送進，且送粉氣路獨立于焊接時的惰性保護氣體氣路。
3.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，其特征在于作為填充材料的合金粉末為鎂基粉末，其中含有總量不低于5%質量百分含量的活性成分和穩(wěn)弧成分，活性成分為Cr203、Si02、Mg0中的至少一種，穩(wěn)弧成分為Ti02、CaF2中的至少一種， 活性成分與穩(wěn)弧成分按照6:4重量比例進行配制。
4.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，其特征在于所述步驟(2)校準鎢電極與送粉噴嘴對中時，使噴射送粉軸線方向與鎢電極的延長線相交，并根據(jù)焊接工藝的不同形成30° 60°的入射角，最終對準于工件待焊位置。
5.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，其特征在于合金粉末借助送粉機構采用自動填充的方式添加到待焊的鎂合金材料焊縫中。
6.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金的合金粉末填充鎢極氬弧焊接方法，其特征在于送粉工作氣體流量為每分鐘3 8升，送粉量為每分鐘150 350克。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應用于鎂合金材料的以合金粉末作為焊接填充材料的鎢極氬弧焊接方法。該方法中使用鎂基合金粉末，除鎂粉末外，其組成成分還包括活性粉末成分和穩(wěn)弧粉末成分，采用自動填充方式添加到待焊鎂合金材料焊縫中，可實現(xiàn)同種材料的焊接，也可以實現(xiàn)異種材料的焊接，并可以解決鎢極氬弧焊接過程中焊接效率低、氣孔傾向大的技術難題，從而獲得優(yōu)質的焊接接頭。
文檔編號B23K9/167GK102489840SQ20111037689
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權日2011年11月24日
發(fā)明者葉宏, 吳瑋, 羅怡 申請人:重慶理工大學