一种镁合金薄壁件的冷金属过渡焊接工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种镁合金薄壁件的冷金属过渡焊接工艺，其冷金属过渡焊接步骤的工艺参数需满足：焊丝直径0.5～3mm；焊接电流80～150A，焊接电压8～15V；氩气保护气的流量10～20L/min；焊接速度12～25mm/s；送丝速度3.5～4.5m/min。采用本发明专利技术所述的冷金属过渡焊接工艺得到的焊缝的力学性能优异，尤其是，焊缝的强度高且延展性好。另外，由该焊接工艺所得到的焊缝的外观整齐，不发生变形。此外，该焊接工艺简单易行，方便操作，效率高且成本低。同时，在实施该焊接工艺的过程中无飞溅残余料。

Cold metal transition welding process of magnesium alloy thin-wall part

The invention discloses a metal magnesium alloy thin-walled parts welding process, the welding process parameters of cold metal transfer steps should meet: wire diameter 0.5 ~ 3mm; welding current welding voltage of 80 ~ 150A, 8 ~ 15V; argon gas flow rate of 10 ~ 20L/min; welding wire feeding speed is 12 ~ 25mm/s; speed is 3.5 ~ 4.5m/min. The mechanical properties of the welded joints obtained by the cold metal transition welding process are excellent, in particular, the welding seam has high strength and good ductility. In addition, the appearance of the weld obtained by the welding process is neat and does not deform. In addition, the welding process is simple, convenient operation, high efficiency and low cost. At the same time, in the process of implementing the welding process, there is no splash residue.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属焊接工艺，尤其涉及一种镁合金焊接工艺。
技术介绍
镁是常用金属结构材料中最轻的一种，其比重仅为1.7g/cm3左右，是钢的1/4，铝的2/3。镁及镁合金具有资源丰富、节约能源、环境友好等三大优势，而且是比强度很高的轻质结构材料和功能材料，被世界公认的“二十一世纪最有发展前景的新兴材料”。我国具有丰富的镁资源，镁合金的产业化早已成为国家科技战略发展方向之一。目前，多家研究所、高校和企业都参与了国家关于镁材料的研究项目，致力于推动镁合金在工业领域的规模化应用。但是，对于镁合金焊接技术的研究还不是很多，现有的镁合金焊接技术还存在着一些不足之处，这些不足之处也在一定程度上限制了镁合金的应用范围。为此，镁合金焊接技术的深入研究对于扩大镁合金的应用领域具有十分重要的意义。由于镁合金具有密度和熔点低，热导率、电导率及热膨胀系数大，化学活性强，易氧化且氧化物熔点高等特点，使得镁合金焊接技术会面临以下问题：1)粗晶：镁的熔点低，热导率高，焊接时需采用大功率的焊接热源，焊缝及近焊缝区容易发生过热、晶粒长大、结晶偏析等现象，降低了焊接接头的力学性能。2)氧化与蒸发：镁的氧化性极强，极易与氧结合。在焊接过程中容易形成MgO，MgO的熔点高(约为2500℃)，密度大(3.2g/cm-3)，容易在焊缝中形成细小片状固态夹渣，不仅会严重阻碍焊缝成形，也会降低焊缝性能。在焊接高温下，镁还容易与空气中的氮化合生成镁氮化合物，氮化镁夹渣也会导致焊缝金属的塑性下降，劣化焊接接头的力学性能。镁的沸点不高(约为1100℃)，在电弧高温下很容易蒸发。3)镁合金薄件的烧穿与塌陷：在焊接薄件时，由于镁合金熔点较低，而氧化镁的熔点很高，两者不易熔合，焊接操作时难以观察到焊缝的熔化过程。一旦温度升高，熔池的颜色也并不会产生显著地变化，极易发生烧穿和塌陷现象。4)热应力和裂纹：镁及镁合金热膨胀系数均较大，其约为钢的2倍，铝的1.2倍。在焊接过程中，容易引起较大的焊接应力与变形。5)气孔：在焊接过程中，镁材料容易产生氢气孔，氢在镁中的溶解度也是随温度的降低而急剧减小。6)氧化燃烧：镁及其合金在空气环境下焊接时容易氧化燃烧，熔焊时需要采用惰性气体或焊剂保护来进行焊接。由于镁及其合金的上述特性，会导致其焊接难度大，焊接接头的综合性能较差，因此，相较于钢铁、铝材料的焊接工艺，镁及其合金的焊接工艺的要求相对更高。目前可用于镁合金焊接技术主要包括：TIG、MIG、激光等传统焊接方法，其中，TIG和MIG已经被广泛地应用于镁合金焊接领域。由于镁合金的熔点低，线膨胀系数和导热率高，与氧、氮的亲和力强，焊接后容易形成夹杂和脆性相，易产生焊接变形和热裂纹，焊接接头的力学性能较低。特别是对于10mm以下薄壁件产品来说，焊接技术更加难以掌控，焊接连接存在着难点。在诸多焊接问题中，焊穿是焊接镁合金薄壁件时最容易出现，也是最严重的焊接问题。一旦出现焊穿，整个工件性能严重下降。如果自动焊过程中某处出现焊穿，则将会发生断弧而致使后续焊接无法进行。如果焊接热量输入过大，熔深比较浅，热影响区较宽，并且焊接过程中还可能存在着气孔、夹杂和热裂纹等缺陷，甚至在热影响区内出现了晶粒明显粗化及晶界熔化现象，那么焊缝的外观质量和力学性能都会大幅度地下降。综上所述，现有焊接技术的缺陷在于：容易焊穿、焊接变形大、焊缝影响区组织粗大、焊后焊接件力学性能不高等，其是制约镁及其合金大规模应用的症结所在。为了使得由镁及其合金制成的结构件更广泛应用于实际生产领域，克服焊接技术的制约障碍，开发一种高效率、高质量针对镁及其合金的先进焊接技术是企业亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种镁合金薄壁件的冷金属过渡焊接工艺。采用该焊接工艺所得到的焊缝的力学性能优异，尤其是，焊缝的强度高且延展性好。另外，由该焊接工艺所得到的焊缝的成形性好，外观整齐，不发生变形。此外，该焊接工艺简单易行，方便操作，效率高且成本低。同时，在实施该焊接工艺的过程中无飞溅残余料。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种镁合金薄壁件的冷金属过渡焊接工艺，该冷金属过渡焊接步骤的工艺参数需满足：焊丝直径0.5～3mm；焊接电流80～150A，焊接电压8～15V；氩气保护气的流量10～20L/min；焊接速度12～25mm/s；送丝速度3.5～4.5m/min。基于本专利技术的技术方案，采用的冷金属过渡指的是在数字控制方式下的短电弧和焊丝的换向送丝监控，并采用脉冲式焊丝输送的焊接工艺技术。其中，换向送丝由前、后两套协同工作的焊丝输送机构组成，从而使得焊丝的输送过程呈间断的送丝。后送丝机构按照恒定的送丝速度向前送丝，前送丝机构则按照数字控制系统的指令以一定频率控制着脉冲式的电焊丝输送。当数字控制系统检测到一个短路信号后，就会反馈给送丝机，送丝机回抽焊丝，从而使得焊丝与熔滴分离，实现无电流状态下的熔滴过渡。焊丝送丝和熔滴过渡中“冷-热”之间的交替变化，大大降低了焊接热的产生，并减少了焊接热在被焊接件中的传导。由于镁合金的熔点低，线膨胀系数和导热率高，与氧、氮的亲和力强，焊后容易形成夹杂和脆性相，也容易产生焊接变形和热裂纹，由此导致焊接接头的力学性能通常相对较低。尤其是，焊接厚度在10mm以下的镁合金薄壁件更加困难，镁合金薄壁件最容易发生焊穿现象。较之于采用现有的TIG或MIG焊接技术，由于本专利技术所述的焊接工艺所采用能量密度适中、焊接热输入小且焊接速度快，因此，其能够有效地避免在焊接过程中形成气孔、夹杂和热裂纹等焊接缺陷，防止在热影响区内易出现晶粒显著粗化及晶界熔化现象，改善焊缝的外观质量，提高焊接接头的力学性能。采用本专利技术所述的冷金属过渡焊接工艺时，数字控制系统监测到焊丝电流存在着一个短路信号时，就会将其反馈给送丝机，送丝机做出反应抽回焊丝，从而使得焊丝与熔滴分离，使熔滴在无电流状态下过渡。由于电弧自身输入热量过程很短，一旦电流短路，电弧即熄灭，焊接热输入量迅速地减少。整个焊接过程即在冷热交替中循环往复进行。在上述焊接过程，热输入量相对较低，并且热输入量是可控的，非常适合焊接性能活泼且熔点低的镁合金材料。又由于在电流短路状态下焊丝回抽使得焊丝与镁熔滴分离，从而令镁熔滴过渡不产生飞溅，可以有利避免焊接过程中的残余料飞溅。在上述冷金属过渡焊接工艺中，对其工艺参数进行设定的设计原理如下：如果焊丝太粗的话，焊丝尖端能量密度小，且电弧挺度低，焊接时电弧容易左右偏移；反之，如果焊丝太细的话，则会降低焊接效率，并且还会提升焊丝的制造成本。综合考虑焊接效率和焊接质量，将焊丝直径控制在0.5～3mm范围之间。在焊接过程中，当焊接电流太大时，较高的热输入量会焊穿镁合金材料；当焊接电流太小时，则会降低熔池流动性，并且不利于焊缝成形。在焊接过程中，当焊接电压太高时，会增大焊接热输入量，并使得热影响区变宽；当焊接电压太低时，也会降低熔池的流动性，影响镁合金材料的焊缝成形性。为此，基于本专利技术的技术方案，将焊接电流设定为80～150A，并将焊接电压控制为8～15V。在镁合金的焊接过程中必须用氩气作为保护气体，以保证镁在熔化过程中尽可能地与氧气隔离，避免镁熔体的氧化，由此对焊缝起到良好的保护作用。但是，若氩气流量太大，镁合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁合金薄壁件的冷金属过渡焊接工艺，其特征在于，其冷金属过渡焊接步骤的工艺参数需满足：焊丝直径0.5～3mm；焊接电流80～150A，焊接电压8～15V；氩气保护气的流量10～20L/min；焊接速度12～25mm/s；送丝速度3.5～4.5m/min。

【技术特征摘要】
1.一种镁合金薄壁件的冷金属过渡焊接工艺，其特征在于，其冷金属过渡焊接步骤的工艺参数需满足：焊丝直径0.5～3mm；焊接电流80～150A，焊接电压8～15V；氩气保护气的流量10～20L/min；焊接速度12～25mm/s；送丝速度3.5～4.5m/min。2.如权利要求1所述的镁合金薄壁件的冷金属过渡焊接工艺，其特征在于，其冷金属过渡焊接步骤的工艺参数还需满足：控制焊枪高度为距焊缝表面5～15mm，焊枪的倾斜角度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐世伟，唐伟能，潘华，苏永超，蒋浩民，张丕军，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31