一种用于AZ31B镁合金薄板的焊接装置及焊接方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于AZ31B镁合金薄板的焊接装置及焊接方法，该技术方案由一竖直向下的MIG焊枪和一倾斜向下的TIG焊枪构成，其中MIG焊枪由一恒压电源供电、构成主路，与TIG焊枪及焊件构成旁路耦合，流经焊丝的总电流由旁路电流和母材输入电流两部分组成，旁路电流可以起到分流作用，从而缓解高速焊接时电熔敷率和母材热输入过大等问题。在此基础上，本发明专利技术针对AZ31B镁合金的材质特征对保护嘴、焊丝、待焊接板材、钨极等组件的结构特征进行了限定，显著提升了针对AZ31B镁合金薄板的焊接效果。

Welding device and welding method for AZ31B magnesium alloy sheet

The invention provides a welding device and a welding method for AZ31B magnesium alloy sheet. The technical scheme consists of a vertical downward MIG welding torch and a tilted downward TIG welding torch, wherein the MIG welding torch is powered by a constant voltage source, constitutes a main circuit, and is coupled with the TIG welding torch and the welding parts by a bypass, and the total current flowing through the welding wire is by a bypass. The bypass current can act as a shunt, thus alleviating the problems of excessive deposition rate and heat input of base metal in high speed welding. On this basis, according to the material characteristics of AZ31B magnesium alloy, the invention limits the structural characteristics of protective nozzle, welding wire, plate to be welded, tungsten electrode and other components, and remarkably improves the welding effect for AZ31B magnesium alloy sheet.

【技术实现步骤摘要】
一种用于AZ31B镁合金薄板的焊接装置及焊接方法
本专利技术涉及镁合金焊接
，具体涉及一种用于AZ31B镁合金薄板的焊接装置及焊接方法。
技术介绍
镁合金是以镁为基础加入其他元素构成的合金材料，具有密度小、强度高、弹性模量大、散热好、消震性好等技术优势，目前已广泛应用于包括通信、汽车等行业在内的诸多领域。镁合金的可靠连接是实现其广泛应用的一项技术前提，而焊接作为一种金属连接方法，是镁合金连接的优良选择。然而，镁合金的焊接性能比较差，焊接时易发生塌陷或者烧穿，出现咬边、气孔、裂纹等一系列焊接缺陷，难以达到可靠连接的目的。非熔化极DE-GMAW是近年来发展出的一种高速焊接方法。非熔化极DE-GMAW本质上是常规MIG的改良，具备常规MIG焊接质量好，生产率高和适用范围广等一系列优点，而且能够实现在减少母材热输入的同时达到高速焊接。迄今为止，关于镁合金MIG焊的实践研究相对较少，尤其是镁合金非熔化极DE-GMAW的探索还没出现。而在此类焊接方法中，不同金属材料的自身特征对焊接工艺参数的确定具有直接影响，因此，其他金属材料的MIG焊接工艺或非熔化极DE-GMAW焊接工艺无法直接转用于镁合金材料，相互之间也不具有直接的借鉴意义。在这种情况下，有必要围绕AZ31B镁合金的材料特征来研究与之相匹配的非熔化极DE-GMAW焊接方法，以期实现AZ31B镁合金的高速高效焊接。具体来看，镁化学性质很活泼、易氧化且导热性良好，因此，保护效果强、热量集中的方法可能得到质量高的焊接接头。镁合金在焊接过程中主要涉及热裂纹、晶粒粗大、氧化、氮化与蒸发、气孔、烧穿、热应力、飞溅、焊缝下塌等技术问题。
技术实现思路
本专利技术旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种用于AZ31B镁合金薄板的焊接装置及焊接方法，以解决现有技术中常规焊接方法用于AZ31B镁合金薄板连接时，焊缝位置易发生塌陷、烧穿、咬边、气孔、裂纹等缺陷的技术问题。本专利技术要解决的另一技术问题是现有技术中常规焊接方法难以实现AZ31B镁合金薄板的可靠连接。本专利技术要解决的再一技术问题是现有技术中缺乏一种适用于AZ31B镁合金薄板的非熔化极DE-GMAW焊接方法。为实现以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于AZ31B镁合金薄板的焊接装置，包括一竖直向下的MIG焊枪，一与所述MIG焊枪呈43°夹角的TIG焊枪，所述MIG焊枪的下端为保护嘴，所述保护嘴下端连接有焊丝，待焊接的AZ31B镁合金薄板位于所述MIG焊枪的下方，所述保护嘴到待焊接的AZ31B镁合金薄板的竖直距离为16～22mm，所述焊丝下端到待焊接的AZ31B镁合金薄板的竖直距离为3～6mm，所述TIG焊枪的下端为钨极，所述钨极下端到待焊接的AZ31B镁合金薄板的竖直距离为3～6mm，所述钨极下端到焊丝下端的距离为1～4mm；所述MIG焊枪由一恒压电源供电，在该供电电路上、MIG焊枪的两端并联有一旁路，所述旁路上串联有所述MIG焊枪和一恒流电源，所述旁路的电流为125～170A，所述恒压电源的电压为20～24V；MIG焊枪与TIG焊枪固定连接在一小车上，所述小车位于一导轨上，所述小车由一步进电机驱动，所述小车以2.8～3m/min的速度沿所述导轨匀速移动。作为优选，待焊接的AZ31B镁合金薄板的焊缝与所述MIG焊枪所在直线、所述TIG焊枪所在直线，三者位于同一平面上。作为优选，所述装置还包括霍尔传感器、LabVIEW软件和数据采集卡，其中霍尔传感器检测所述供电电路及所述旁路的电流或电压值，所述数据采集卡将所述电流或电压值以数据形式采集并传输至LabVIEW软件，所述LabVIEW软件以可视化界面显示数据。作为优选，所述TIG焊枪的钨极直径为3.2mm，所述TIG焊枪的保护气流量是25L/min。作为优选，所述待焊接的AZ31B镁合金薄板为矩形，其长、宽、厚分别为165mm、50mm及2.3mm。作为优选，所述焊丝的直径为1.2mm。同时，本专利技术提供了应用上述装置焊接AZ31B镁合金薄板的方法：该方法属于堆焊，其中所述旁路的电流为125～170A，所述恒压电源的电压为20～24V，所述小车以2.8～3m/min的速度沿所述导轨匀速移动，所述保护嘴到待焊接的AZ31B镁合金薄板的竖直距离为16～22mm，所述焊丝下端到待焊接的AZ31B镁合金薄板的竖直距离为3～6mm，所述钨极下端到待焊接的AZ31B镁合金薄板的竖直距离为3～6mm，所述钨极下端到焊丝下端的距离为1～4mm。在以上技术方案中，所述AZ31B镁合金薄板亦称为AZ31B镁合金板，汉字“薄”仅用于对板材的形状起到描述性作用、并不构成对待焊接板材技术特征的限定作用，也就是说，任一符合本领域中AZ31B镁合金技术定义的待焊接板材，均属于本专利技术方法可作用的对象。在以上技术方案中，所述堆焊具有本领域中公知的技术含义，因此上述焊接方案是在本领域公知的堆焊方法基础上，通过限定以上技术特征而得到的完整技术方案。在以上技术方案中，所述AZ31B镁合金薄板，可以是具有以下成分特征的任一板材：表1AZ31B板材的化学成分(wt.％)所述AZ31B镁合金薄板的力学性能如表2所示：表2作为优选，所述保护气为氩气。作为优选，所述霍尔传感器是广东雅达电子股份有限公司出品的、型号为YDG-HTD-7的霍尔电流变送器。作为优选，所述数据采集卡是北京阿尔泰科技发展有限公司出品的、型号为PCI8735的数据采集卡。作为优选，所述待焊接的AZ31B镁合金薄板的下方具有耐热材料的垫板。本专利技术提供了一种用于AZ31B镁合金薄板的焊接装置及焊接方法，该技术方案由一竖直向下的MIG焊枪和一倾斜向下的TIG焊枪构成，其中MIG焊枪由一恒压电源供电、构成主路，与TIG焊枪及焊件构成旁路耦合，流经焊丝的总电流由旁路电流和母材输入电流两部分组成，旁路电流可以起到分流作用，从而缓解高速焊接时电熔敷率和母材热输入过大等问题。在此基础上，本专利技术针对AZ31B镁合金的材质特征对保护嘴、焊丝、待焊接板材、钨极等组件的结构特征进行了限定，显著提升了针对AZ31B镁合金薄板的焊接效果。本专利技术通过镁合金非熔化极DE-GMAW的工艺参数对滴过渡、电弧稳定性、焊缝成形、焊缝微观组织与力学性能影响的分析，得出非熔化极DE-GMAW能在减小熔滴尺寸，提高熔滴过渡频率的同时降低母材的热输入，实现稳定且飞溅少的镁合金焊接，获得质量高成形好的焊缝。本专利技术中，由于旁路电流能够加快焊丝的熔化，使熔滴下落频率得以上升，减小熔滴尺寸，所以，非熔化极DE-GMAW焊能达到比常规MIG更高的焊接速度，在高速焊接时也能保证得到连续焊缝。同时，由于旁路电弧能够分流一部分的总电流，所以，通过增大旁路电流可以达到减小母材电流，最终减少母材热输入的目的，所以非熔化极DE-GMAW适用于薄板焊接。附图说明图1是本专利技术实施例1中焊接装置的结构示意图。图2是本专利技术实施例1中焊接装置在焊接部位处的局部位置参数图。图3是本专利技术实施例1中焊缝的扫描电镜图。图4是本专利技术实施例1中焊缝的XRD分析图。具体实施方式以下将对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于AZ31B镁合金薄板的焊接装置，其特征在于包括一竖直向下的MIG焊枪，一与所述MIG焊枪呈43°夹角的TIG焊枪，所述MIG焊枪的下端为保护嘴，所述保护嘴下端连接有焊丝，待焊接的AZ31B镁合金薄板位于所述MIG焊枪的下方，所述保护嘴到待焊接的AZ31B镁合金薄板的竖直距离为16～22mm，所述焊丝下端到待焊接的AZ31B镁合金薄板的竖直距离为3～6mm，所述TIG焊枪的下端为钨极，所述钨极下端到待焊接的AZ31B镁合金薄板的竖直距离为3～6mm，所述钨极下端到焊丝下端的距离为1～4mm；所述MIG焊枪由一恒压电源供电，在该供电电路上、MIG焊枪的两端并联有一旁路，所述旁路上串联有所述MIG焊枪和一恒流电源，所述旁路的电流为125～170A，所述恒压电源的电压为20～24V；MIG焊枪与TIG焊枪固定连接在一小车上，所述小车位于一导轨上，所述小车由一步进电机驱动，所述小车以2.8～3m/min的速度沿所述导轨匀速移动。

【技术特征摘要】
1.一种用于AZ31B镁合金薄板的焊接装置，其特征在于包括一竖直向下的MIG焊枪，一与所述MIG焊枪呈43°夹角的TIG焊枪，所述MIG焊枪的下端为保护嘴，所述保护嘴下端连接有焊丝，待焊接的AZ31B镁合金薄板位于所述MIG焊枪的下方，所述保护嘴到待焊接的AZ31B镁合金薄板的竖直距离为16～22mm，所述焊丝下端到待焊接的AZ31B镁合金薄板的竖直距离为3～6mm，所述TIG焊枪的下端为钨极，所述钨极下端到待焊接的AZ31B镁合金薄板的竖直距离为3～6mm，所述钨极下端到焊丝下端的距离为1～4mm；所述MIG焊枪由一恒压电源供电，在该供电电路上、MIG焊枪的两端并联有一旁路，所述旁路上串联有所述MIG焊枪和一恒流电源，所述旁路的电流为125～170A，所述恒压电源的电压为20～24V；MIG焊枪与TIG焊枪固定连接在一小车上，所述小车位于一导轨上，所述小车由一步进电机驱动，所述小车以2.8～3m/min的速度沿所述导轨匀速移动。2.根据权利要求1所述的一种用于AZ31B镁合金薄板的焊接装置，其特征在于待焊接的AZ31B镁合金薄板的焊缝与所述MIG焊枪所在直线、所述TIG焊枪所在直线，三者位于同一平面上。3.根据权利要求1所述的一种用于AZ31B镁合金薄板的焊接装置，其特征在于所述装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国红，李健，何银水，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36