一种减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的熔覆剂及TIG焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的熔覆剂及TIG焊接方法，所述熔覆剂包括以下质量百分比含量的各组分：15

【技术实现步骤摘要】
一种减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的熔覆剂及TIG焊接方法


[0001]本专利技术属于焊接
，涉及的是一种减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的熔覆剂及TIG焊接方法。具体的说，涉及一种保证必要焊接热输入不变的基础上，通过该熔覆剂形成的熔覆层可以减小镁稀土合金TIG焊接头的热影响区宽度的TIG焊接方法。

技术介绍

[0002]随着重要装备领域对轻量化的需求越来越高，镁稀土合金凭借其密度低、比强度比刚度高、电磁屏蔽性好、耐蚀耐热能力优良等性能特性展现出了广阔的应用前景，在航空航天、交通运输、国防军工等领域具有独特的吸引力。镁稀土合金的应用情景也逐步从结构较简单的零部件转变为发动机机匣、导弹舱体、卫星支架等大型复杂结构件，因此对于镁稀土合金复杂构件的成型工艺也提出了更高需求。
[0003]而通过使用焊接工艺，可将小型、简单的铸件进行连接，进而获得结构复杂程度较高的镁稀土合金构件。目前应用在镁稀土合金的焊接工艺中最多的主要为钨极氩弧焊(TIG焊)，由于TIG焊的运行成本和设备成本较低，而且可以手动操作而对弧面、内腔等较复杂的部位进行焊接，因此具有独特的技术优势，被广泛的应用在镁稀土合金大型结构件的生产中。但是目前在常规的TIG焊中也存在一些问题，相比于电子束焊、激光焊等先进焊接工艺，TIG焊接中热源的能量密度较低，因此在焊接过程中热输入相对较大，而热影响区是在焊接热循环的作用下，焊缝两侧处于固态的母材发生组织和性能变化的区域。且镁稀土合金的热导率较高，导致焊缝区向母材传递的热量较多，因此在TIG焊中热影响区宽度较大，且会造成晶粒粗大、过烧和共晶组织连续等问题，严重降低接头性能。因此，开发无热影响区或窄热影响区的新型TIG焊工艺对镁稀土合金接头力学性能至关重要。
[0004]为了解决TIG焊中存在的问题，使TIG焊接接头的热影响区减小，可以通过减小焊接热输入量和促进熔合区金属快速冷却两种方式。经文献检索发现，TIG焊Mg-Nd-Gd-Zn-Zr合金焊缝组织和性能(《焊接技术》2011；40(12)：pp 12-14)中记载了当焊接电流较小时，镁稀土合金TIG焊接接头的热影响区不明显。然而焊接热输入较小时在熔合区极易形成未焊合缺陷，不适用于中厚板焊接，由此限制了TIG焊的应用范围。钛合金薄板带热沉的TIG焊温度场(《焊接学报》2003；(01)：pp 69-72)中描述了一种在热源之后紧随起冷却作用的热沉装置，该热沉装置的使用能够提高熔池的冷却速度，不仅能够细化熔合区的晶粒尺寸，还能够显著抑制热影响区的形成。然而该工艺会增加焊接工装的复杂程度，且会降低熔池的流动性进而影响接头的成型性能，不利于实现工业推广。因此，在保证必要热输入且不增加焊接工艺复杂程度的前提下，通过阻碍熔池热流向母材传递以抑制热影响区的形成是一种更好的解决思路，相关研究还未见任何报导。
[0005]综上所述，常规镁稀土合金TIG焊热影响区较宽导致接头性能降低是一个急需解决的关键难题，其主要原因是TIG焊时保证接头成型良好时所需的热输入较大。因此，针对镁稀土合金TIG焊接开发一种用于阻碍熔池热量向母材传导的熔覆层对抑制热影响区的形
成从而提高接头性能具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0006]针对镁稀土合金常规TIG焊的上述不足，本专利技术的目的在于解决利用常规TIG焊对镁稀土合金进行焊接的过程中容易产生较宽热影响区而降低焊接接头力学性能的问题，提供一种减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的熔覆剂及TIG焊接方法。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术提供了一种减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的熔覆剂，其特征在于，包括以下质量百分比含量的各组分：15-37％二氧化硅，60-80％碳化钛，3-8％氟锆酸钾。
[0009]优选地，所述二氧化硅、碳化钛、氟锆化钾的粉末粒径为200-400目；
[0010]所述熔覆剂中加入的二氧化硅和碳化钛通过熔覆后可在坡口表面形成一层热导率极低的熔覆层(如二氧化硅热导率为1.4W/m/K)，抑制熔池的热量向母材传导，从而抑制热影响区的形成；但需要注意的是，熔覆层的设置会导致熔池散热条件变差，降低熔池冷却速度，进而导致熔合区晶粒粗化。因此，在熔覆剂中必须配合加入晶粒细化剂氟锆化钾，在焊接时与Mg发生如下反应：K2ZrF6+2Mg＝Zr+2MgF2+2KF。上述反应生成的单质Zr可以增加接头中锆元素的含量，达到细化焊缝区组织和提高接头力学性能的目的。氟锆酸钾是常见锆盐中价格较为便宜的一种，其熔点高于镁合金。因而在传统铸造过程中，氟锆酸钾需要与其它盐类配合使用制备复合锆盐以降低熔盐熔点。但是TIG焊接时电弧高温能达到1000K-1200K，氟锆酸钾会在高温电弧下发生熔化，因而在焊接时单独添加氟锆酸钾作为细化剂是可行的。
[0011]本专利技术还提供了一种前述熔覆剂在制备镁稀土合金TIG焊接头中的应用。
[0012]本专利技术还提供了一种镁稀土合金TIG焊接方法，包括以下步骤：
[0013]A、按权利要求1所述的熔覆剂各组分比例配制原料，然后进行碾磨混合，再向形成的混合物中加入溶剂搅拌均匀；
[0014]B、将步骤A制得的溶液涂覆在镁稀土合金待焊工件的坡口表面，并预热工件使溶剂挥发后，采用焊接，形成熔覆层；
[0015]C、采用常规TIG焊进行焊接，即可。
[0016]优选地，步骤A中，所述溶剂为丙酮，混合物与溶剂的质量比为1:1-1.5:1，这样，在丙酮溶液中，颗粒物能够更好地分散、混合均匀。
[0017]优选地，步骤B中，所述坡口的截面形状为“V”型或“U”型。
[0018]优选地，步骤B中，所述预热温度为100-150℃、预热时间为10-30min。经过预热可以去除熔覆剂中的丙酮，防止对熔覆过程造成影响。
[0019]优选地，步骤B中，所述涂覆密度为50-200mg/cm2。
[0020]优选地，步骤B中，所述焊接的参数为：焊接电流80-100A，焊接速度为8-12mm/s，焊接脉冲频率为5kHz-10kHz，在坡口表面焊接形成厚度为1-1.5mm的熔覆层。熔覆时焊接电流过大会导致熔覆层厚度过大，含有的热导率低的SiO2和TiC被稀释，不能起到很好的阻碍热流的效果，且由于热输入较大，会在熔覆时就形成较大的热影响区，不能达到预定的效果；而在熔覆时焊接电流过小会导致熔覆层宽度较窄，SiO2和TiC含量过高而形成连续分布的脆性相，反而降低了接头力学性能，因此在熔覆时需采用适当大小的焊接电流。同时在高脉
冲电流的作用下，熔覆剂中颗粒能够更均匀地分散于熔覆层中。
[0021]优选地，步骤C中，所述常规TIG焊的工艺参数为：焊接电流为170-230A，焊接速度为4-8mm/s。常规TIG焊时由于热导率相比于母材较低的熔覆层的存在，焊缝区热量向母材传导的速度降低，因此可以得到热影响区较小的焊接接头。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0023本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的熔覆剂，其特征在于，包括以下质量百分比含量的各组分：15-37％二氧化硅，60-80％碳化钛，3-8％氟锆化钾。2.根据权利要求1所述的减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的熔覆剂，其特征在于，所述二氧化硅、碳化钛、氟锆化钾的粉末粒径各为200-400目。3.一种根据权利要求1或2所述的熔覆剂在制备镁稀土合金TIG焊接头中的应用。4.一种镁稀土合金TIG焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：A、按权利要求1所述的熔覆剂各组分比例配制原料，然后进行碾磨混合，再向形成的混合物中加入溶剂搅拌均匀；B、将步骤A制得的溶液涂覆在镁稀土合金待焊工件的坡口表面并预热工件使溶剂挥发后，采用焊接，形成熔覆层；C、采用常规TIG焊进行焊接，即可。5.根据权利要求4所述的镁稀土合金TIG焊接头的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述溶剂为丙酮，混合物与溶剂的质量比为1:1-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：童鑫，吴国华，张国庆，张亮，丁文江，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：