（材料加工工程专业论文）az31镁合金钨极交流氩弧焊工艺的研究.pdf

a z 3 1 镁食金钨擐交濂氩弧焊置芑匏磺巍 摘要 本文瓣厚度为l + 2 r a ma z 3 1 镁台鑫薄板的钨檄交流手工氨弧焊( g t a w ) 王莲遘毒予了磷究，努爨了套耱溽谈嚣索( 浮搂毫滚、季孝辩麓表瑟狻态、绦护 气体流璧、有茺辫丝、浑后热娥璞等) 对焊缝成型和焊接质量的影响及其规 露。涮蔫龛程显徽链、x 辫线嵇= 鸯雩铰、万戆控锌试验税彝 薯撼毫予显檄镜等 技术漪弹按接头艇微组织、焊缝棚组成、接头力学性能、麟口形貔特征以及 撇溪或分镣进褥了努援；势对爝接过程中气我秘裂纹产生貔爨霆秘耱止撩蕤 进行了讨论。 试验绉果襄鞠，a z 3 1 镁台鑫氯孤挥靖，焊接工慧条箨对拜缝袭瑟形状帮 烊缝成篷质量脊徽大影响。镁食金材料表璇存在氧化膜时+ 焊接熄深浅，熔 塞大；撵缝静薅爨帮薅深隧辫接鬯滚嬲臻太褥灌大；撵缝豹熔宽疆保势气髂 流蠛的增大先加巅、艨变窄，焊接熔深髓保护气体流量的增大先增大、艏减 套。采弱会遥黪辫接王装麓褥爨努鬟戏鍪受好，凑嚣无气程窝簧绞熬烽搂接 头。 a z 3 l 镁会叠氢甄辫接头豁燕澎螭医稿辫缝势眷甥显，熟嚣豌蘸鑫粒较糕 犬，弹缝为细小的等轴艇，焊缝主要存在攫一m g 葺眭* m g j4 7 a i l 2 掰料裙。镶律 群隧彤羲分撰交鞠，浑接接头塞耱牲鼹毪滋会簌裂，灏袈一般发垒燕熬狡 较糨大的热影响愿。与蹲糕耀比，a z 3 l 镁含金焊缝中镁禽量有所降低，锻 会壤青掰壤大。 浮接电流对a z 3 1 镁含垒薄扳氲弧焊的接头力举性能影噙锻大，电流太 大或者太夺，帮会篌接头懿鸯擘经箍泽舔。不捷爝填充浑旋，当焊接邀瀛惫 4 5 a 、钨钟宜径为l 。6 r a m 、保护气体流量先1 5 l r a i n 时，a z 3 1 镁念余薄板氟 薮褥接头浆力攀髅旋可遮舞母耪戆7 9 庭蠢。添擞溪充浮簸爨爨糍a z 3 t 镁 会接头瓣力学性能，烽蜃经热处毽阿进一掺改善接头的缀级性艟。 a z 3 l 镬会袅氧弧辫接头审气乳酌形成鞭困主鼗是冷却过程审塞子氯在 镁中的溶勰度急蒯下降姆致氢大量蛎出露形成氢气扎，其次是镁仓金中低熔 熹会金元繁蒸发麓损嚣形成静气藐。a z 3 l 镁合金氨弧海撩头孛热裘绞酌产 生燕要与镁会金中存在低熔点凝赫体裔失。 关键谗：镁金会；羲溅烽；缆绞性簸；气薤；凝绞 a bs t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h ei n f l u e n c eo fw e l d i n gf a c t o r s ( w e l d i n gc u r r e n t ，s u r f a c e c o a t i n ga n do x i d ef i l m ，s h i e l d i n gg a s ，w e l d i n gw i r e ，p o s tw e l dh e a tt r e a t m e n t ) o ng e o m e t r ya n dq u a l i t yo fw e l d e dj o i n t so fg a st u n g s t e na r c ( g t a w ) w e l d e d m a g n e s i u ma l l o y a z 31 p l a t e s w i t h1 2t h i c k n e s sw a sd i s c u s s e d t h e m i c r o s t r u c t u r ew a si n v e s t i g a t e dw i t ho p t i c a lm i c r o s c o p y m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s w e r ed e t e r m i n e d b y s t a n d a r dt e n s i l et e s t so ns m a l l - s c a l e s p e c i m e n s f r a c t o g r a p h yc h a r a c t e r i s t i c sw e r eo b s e r v e db ys c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ( s e m ) m e a n w h i l e ，t h ef a c t o r sl e a d i n gt ot h ef o r m i n go fp o r o s i t ya n dc r a c k i n g i nw e l d e dj o i n t sw e r ea n a l y z e da n dt h em e t h o d st oa v o i dp o r o s i t ya n dc r a c k i n g w e r ed e s c r i b e d t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tw e l d i n gp a r a m e t e r sh a v eg r e a ti m p a c to nt h es h a p e a n dm i c r o s t r u e t u r eo ft h ej o i n t s w h e no x i d ef i l mo nt h es u r f a c eo fm a g n e s i u m a l l o yi sn o te r a s e d ，t h ew e l di sw i d ea n ds h a l l o w t h ew i d t ha n dp e n e t r a t i o no f w e l di n c r e a s e sa st h ew e l d i n gc u r r e n ti n c r e a s i n g t h ew e l db r o a d e n sf i r s t l y ，t h e n n a r r o w sa st h es h i e l d i n gg a si n c r e a s i n g ，a n dt h es a m ei st h ep e n e t r a t i o n w h e n t h ew e l d i n gp a r a m e t e r sa r ef e a s i b l e ，i tc a ng e tw e l lw e l df o r m a t i o n ，n op o r o s i t y a n dc r a c k i n ge x i s t si nt h ew e l d e dj o i n t s t h em i c r o s t r u c t u r ei sf i n ee q u i a x e dg r a i n si nw e l d e dz o n e w h i c hi ss h o w n t oc o n s i s to f - m ga n dm g i7 a 1 1 2 w h i l et h em i c r o s t r u c t u r eo fh e a ta f f e c t e dz o n e i sc o a r s e r t e n s i l es p e c i m e n sf r a c t u r ea th e a ta f f e c t e dz o n e t h ec o n t e n to fm g i nw e l d e dz o n ei sal i t t l er e d u c e d ，w h i l et h ec o n t e n to f a ii n c r e a s e d w e l d i n gc u r r e n th a sg r e a ti m p a c to nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h ej o i n t s m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h ej o i n t sd e c r e a s ea tl o wo rh i g hw e l d i n gc u r r e n t w i t h o u tw e l d i n gw i r e ，t h ej o i n ts t r e n g t hi sa b o u t7 9p e r c e n to ft h eb a s em a t e r i a l a t4 5 aw e l d i n gc u r r e n t t h ej o i n t ss t r e n g t hi si n c r e a s e dw i t hw e l d i n gw i r e t h e j o i p t ss t r e n g t hi n c r e a s e sw i t ht h ec o n t e n to fa ii nw e l d i n gw i r e t h ej o i n t s s t r e n g t hc a nb ei m p r o v e dw i t hp o s tw e l dh e a tt r e a t m e n t m a g n e s i u mh a sh i g h e rh y d r o g e ns o l u b i l i t yi nl i q u i dt h a ni ns o l i d t h e d i f f e r e n c ei nt h es o l u b i l i t yb e t w e e nt h es o l i da n dl i q u i dp h a s e si sm a jo rc a u s eo f t h ep o r o s i t yo fm a g n e s i u ma l l o y sd u r i n gw e l d i n g t h el o wm e l t i n ge l e m e n to f m a g n e s i u ma l l o yi se a s i l yt ov a p o r i z ea n dt h ep r e s e n c eo fp o r o s i t yi nt h eb a s e m e t a lc o a l e s c e da n de x p a n d e d ，w h i c hi sa n o t h e rc a u s e b e c a u s eo fl o wm e l t i n g i i a z 3 1 镁食金钨壤交濂氩弧焊置芑匏磺巍 一i i i i i ii i i l l n ii,i i i ii ii i i l l l li i i i i i i _ e l e m e n te x i s t i n gm a g n e s i u ma l l o y ，h o t c r a c k i n gc a nb ef o u n di nw e l d s k e y w o r d ：m a g n e s i u ma l l o y s ；g t a w ；m i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e s ；p o r o s i t y ； c r a c k i n g i j i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：互响稿 日期：。砖年，月1 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： _ f鬈 瓤肌 簪彩删渐 五张 1 。1 雩| 言 第1 章绪论 环保、节能是2 1 世纪人类社会可持续发展的熏大战略要求，传统钢铁材料已 逐渐被备种综合性能更为优良的新型材料所替代。镁合金由于具巍一系列的优点 翔密度奎、魄强度魄喇度裹、减震性努、邀磁爨藏整戆往舅、藏辐瓣、摩擦嚣重不 莛火花、热中子搪获截蟊夺，切潮翻王性和热袋形毪葑，对碱、缣灌、汽渣窝矿 物油具有化学稳定性，易回收等，是理想的环保与节能材料，符含可持续发展要 求而受到人们的强烈关注，麓应用领域不断搦窳。由于这些突出特点，镁合金在 汽车、电予、电器、航空航必、国防军工、交通婷领域具有重要的应用价值和广 阕缒应髑髓暴h 2 】。镁合金甄霹黻铸遗成形，蠹竣铡备出结构俘，媳爵戳透过各秘 塑缝翻王秘熬楚理，铡备毒备耱规格豹管、转、叛、线、带材帮箨墅秘。对予霜 种材质，聚用不同的方法制铸时，材料性能也柯很大区别。为了摊高镁材的耐腐 蚀性能，述可以对其进行表筒处理。随着镁的掇炼及加工技术的缴展，镁合金已 成为继钢铁和铝之后的第三类金属结构材料，在全世界范围内得到了迅猛发展。 镁合金 挈必一葶孛结梅材辩的广泛应震，要解凌鹃笑键技术闯题魏怒连接阚题，焊 接无疑楚麓逸豹一耱先送连接方法。近年来，耱籍镁台金痖熏静氆袄，该静耱辩 的焊接性融引起人们的极大哭涟。 。 1 2 镁合念的性能特点及应用 l 。2 。l 镁疑镁台金豹性簇特点 镁是常用金属中最轻的一种有色金属，纯镁的基本物理性能和力学性能如表 1 ，1 【3 j 和表1 2 所示1 4 j ，镁的力学性能与组织形态有关，变形加工詹力学性能明显 提高。纯镁的优点很多，但力学性能较低，很少用作工程材料，其应用范围受到 了缀丈限裁，霉霞鞋会金戆澎式使燕。在镁审添皴一些台金元素懿锯、锌、锾、 稀、镑、镊、铈等舍金纯麓，铯显著改善镁鹣物理、证学和力学性能，褥到嵩 强度轻质的合金，可以用作结构材料。这些合淼元素主要是通过圈溶强化和时效 处理后的沉淀硬化来提高合众的常温和高温性能【5 1 。因此，所选择的合金元素在 镁基体中艨具有较高的固溶艘，并随温度有较明照的变化，在时效过程中能形成 强纯效暴爨港懿第二耀。另努，瞧要考虑合金元繁慰撬腐蚀性帮z 装瞧戆戆影穗。 筮：璧盆塞兰璧銮鎏墨墨量三釜墼塑薹 表1 。1 镁豹萋謇猿理瞧麓数瓣 状态 抗拉强度属服强度延伸帮6断面收缩率1 l r硬度 6b ( m p a )6o 2 ( m p a ) ( )( ) ( h b ) 镁合金是目前工业上可应用的照轻的金属结构材料，它具有较高的比强度和 毙刚度，赢的抗震糍力，能承受魄镪合金更大豹池赘裁旖，挖努还具稳优良嚣切 澍麴工蛙能，荔予铸造翥锻压，不瑟老往，霹嚣生潮簇、减轻产鑫豹纛熬等特点。 但镁合金在潮漩大气中耐腐蚀性能纛，缺口敏感悭较大。镁在水及大多数酸盐溶 液中易遭腐蚀，只在氢氟酸、铬酸、碱及汽油中比鞍稳定。 目前实际成用的镁合金，无论是铸造镁合金还熄变形镁合金，主要有以下四 个系列：即a z 钨投承载电滚麓力差，过大豹电滚会 引起钨极的熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池而引起夹钨。因此熔敷遴度小、 熔深浅、生产搴低。2 ) 氩弧受周围气浚影懿较大，不透会塞终攥董霉。对予撩熔点 和易蒸发的金属( 如铅、锡、锌) 焊接较困难。3 ) 钨极氩弧焊所焊接的板材厚甓 范围，扶生产搴考虑以3 r a m 以下为寰。 1 5 3 镁合金钨极氩弧焊的焊接正艺 5 3 1 接头及坡口彩畿 钨投氩弧烬的接扶形式生要有澍接、揍接、受接、t 形接耧磺接基耪基本类 型，如图1 7 所示。城口的形状和尺寸取决于工件的材料、厚度和工作要求。 l ，5 3 ，2 王磐秘填充缛艇戆蹲麓清理 氩弧焊对材料的淡面质缀要求很高，焊前必须经过严格清理，清除填充焊丝 1 3 * a z 3 1 镁合盘钨极交流藏弧焊工芑的研究 嚣， c )d ) 图1 7 接头的基本形式 a ) 对接b ) 搭接c ) 簧臻d ) t 形接e ) 鞴接 及工件坡1 2 i 和坡口两侧表面至少2 0 m m 范豳内的油污、水分、灰尘、氧化膜等， 否鬻奁焊接过程孛将彩确毫黻鹃稳定性，瑟讫舜缝成形，势可髓导致气藐、夹杂、 来熔含等缺陷。 镁会金板榜的烽籍清理方法蘩下：1 ) 去豫漓滔、获黛可疆舜有税溶裁汽漓、 冈酮、四氯化碳擦洗，也可敞制专用的化学溶液清洗。2 ) 飙化膜研机械清理和化 学瀵毽。撬辕瀵理炙滚瑶手z 箨，不适合游丝。逶常臻不锈铜丝滋坡疆及其秀铡 的氧化膜清除。化学清理是依靠化学反应去除焊丝绒工件裘面的飘化膜，清洗用 溶液秘清洗方法毽毒季糕两异。表1 6 窥1 7 分蠲为王待与瀑丝戆清理方法。 表1 6 镁台金爆前化学处理 表1 7 焊丝的清理 目的清理内容及工艺 去除油污对油封包装的焊丝，清理前用丙酮或四氯化碳擦拭，去除表面的赃物及氧化膜 机械清理采用宽口刮刀、锉刀加工表面，挤压焊丝可采用砂纸打磨 去除氧 化学清理临焊前用( 3 5 ) h f 一3 5 h n 0 3 水溶液进行表面腐蚀l 2 m i n 。再 化膜 将焊丝放入温度为7 0 一9 0 的热水中洗涤，干燥。 1 5 3 _ 3 焊接工艺参数的选择 钨极氩弧焊的工艺参数主要有焊接电流种类及极性、焊接电流、钨极直径及 端部形状、保护气体流量等，对于自动钨极氩弧焊还有焊接速度和送丝速度。 1 ) 焊接电流种类及大小不同的金属材料在进行钨极氩弧焊时，要求采用不 同的电流种类及极性。铝、镁及其合金一般选用交流，而其他金属焊接均采用直 流正接。焊接电流大小是决定焊缝熔深的最主要参数，焊接电流越大，熔深越大， 焊丝熔化快，焊接效率高。但焊接电流太大时，飞溅和烟雾大。焊丝尾部易发红， 而且容易产生咬边、焊瘤、烧穿等缺陷，增大焊接变形，还会使接头热影响区晶 粒粗大，焊接接头的韧性降低。焊接电流太小，则引弧困难，焊丝容易粘连在工 件上，电弧不稳定，易产生未焊透、未焊合、气孔和夹渣等缺陷，且生产率低。 因此，选择焊接电流时，应根据工件材料、厚度、接头形式、焊接位置、焊工技 术水平等来综合考虑，首先应保证焊接质量，其次应尽量采用较大的焊接电流， 以提高生产率。 2 ) 钨极赢径及端部形状钨极直径可以根据焊接电流大小、电流种类进行选 择( 见表1 8 ) 。 表1 8 电极直径的选择 电极直径中 ( m m ) 焊接电流( a ) 直流g t a w 焊接( 电极负极性)交流g t a w 焊接 钍钨、铈钨、镧钨、纯钨钍钨、铈钨纯钨 a z 3 1 镁台众钨极交流氟弧焊工艺的研究 钨极端部形状可根据焊接电流种类选取。尖端角度的大小会影响钨极的许用 电流、引弧和稳弧性能。小电流焊犊时，选用小直径钨极和小的锥角可使电弧容 易引燃和稳定；大电流焊接时，增大锥角可避免尖端过热熔化，减少损耗，并防 止电弧往上扩展影响阴极斑点的稳定性。尖端角度对焊缝熔深和熔宽也有一定的 影确。减少锻角，弹缝熔深减小，熔宽增大，反之刚熔深增大，熔宽减少。 3 ) 气体流量和喷嘴直径气体流量过大时，使保护气体由层流变为紊流，将 空气、承分卷入；气体流量遗小，对焊缝静保护不趣，都会造戒弹缝中产生气孔。 因此要选用最佳的气体流量和喷嘴鸯径，使气体保护的效果最好，有效保护区最 大。像护气钵流量和喷嘴直径的选箨如表l ，9 所示。 表l + 9 瞳嘴畿径的选择 气体流缀( l m i n )喷嘴赢径( 喷嘴n o ) 3 6 4 8 5 1 0 6 1 2 毒6 5 r a m ( n o 4 ) 弗8 0 r a m ( n o 5 ) 0 9 ，5 r a m ( n o ，6 ) 中1 1 0 r a m ( n o 7 ) 4 ) 填充簿丝壤充浑丝的牵| 覆主要取决子母毒季成分，弹丝静壹径依嘏流值稀 定( 如淡1 1 0 所示) 。一般选择与母材化学成分相同的填充焊丝，肖时为防止在近 缝区瓣菇赛掰滋低络赢共晶，邀热镁台金静流动往，减少袋绞倾囱，也弼采瘸与 母材成分不同的填充焊丝。 表1 1 0 墀丝直径的选择参考值 簿接电流( a ) 撵丝直径辔( m m ) 1 0 2 0 2 e s e 5 0 1 0 0 l o o 2 2 0 0 3 0 0 3 0 0 4 0 0 4 0 05 0 0 o 1 0 0 1 6 1 0 2 4 l 。6 3 o 2 4 4 5 3 o 6 4 4 5 8 0 5 ) 焊接速度焊接速度的选择主要根据工件的厚度决定并和焊接电流、预热 温度等配合戳保证获得所需静熔深和熔宽。实际工渡生产中，在谦证焊缝成型的 基础上，应尽可能采用高速挥接以提高生产率。 硕士学位论文 1 6 研究的内容及意义 镁含金由于性能独特，既能满足飞机、汽车、摩托牵铸工业慰减羹、节能的 迫切要求，又缝满足计算枧、通讯、消费类电予产潞轻、薄、，j 、型及赢集成度的 耍求，加上易于成型，废料又易回收，完龛符合2 1 世纪对材料提出的新要求：轻 质、箍强度、绿色。镁在摊动我圜汽牵、家电、通讯及电予信息、兵器等行业的 产品升级换代和结构调整方面潜力巨大。而焊接技沭和工慧是镁含金材料进一步 猿广应厢登须解决酌笑键阀题之一。氯弧弹技术操作简便，设备简单，价格便巍， 适于大规模和常规废用，因此研究镁合金氩弧焊技术对改变我阑镁业的应用现状 有著十分现实鳓实蔽意义。 本课磁对镁含盒氯弧焊的焊接工艺过程、焊缝成型特点、接头组织特征、 力学性缝、焊接气巍和焊接裂纹等进行了探讨，国程为推避这一工艺毅镁台金结 构件上的应用携供理论和实践依据。 聍* 兰：鐾盒宝笠璧塞鎏兰墨堡王兰墼塑彗 第2 章实验方案 本论文旨在研究a z 3 l 镁合金薄板钨极交流氩弧焊的焊接工艺，主要从焊接电 流参数、保护气体流量、有无焊丝、焊丝成分和焊后热处理等方面出发，分析探讨 a z 3 1 镁合金薄板钨极交流氨弧焊的焊缝成型特点和焊接质量的影响因素，为优化 镁合金薄板钨极交流氩弧焊焊接工艺提供理论基础。 2 1 实验材料 实验采用挤压轧制加工后的a z 3 1 镁合金板材，其制备流程图为2 1 所示。其 名义化学成分如表2 1 所示。 圈2 1a z 3 1 镁合金板材的制备工艺 表2 1a z 3 1 镁台金板材的化学成分( ) 2 2 工艺方案 本论文主要进行以下几方面的研究工作： 1 ) 分析焊接电流、保护气体流量、材料的表面状态、有无焊丝、焊丝成分等 对a z 3 1 镁合金薄板氨弧焊焊缝形状及焊缝成型特点的影响及其规律，并用体视显 微镜拍摄焊缝宏观组织图。 2 ) 采用钨极交流氩弧焊，选用氩气作保护气体，氩气的纯度为9 9 9 9 ，钨针 直径为1 6 m m ，不加焊丝，研究焊接电流对a z 3 l 镁合金薄板接头组织和力学性能 的影响，其具体焊接参数与工艺流程为图2 2 所示。 3 ) 在上述最佳焊接工艺参数的基础上进一步优化焊接工艺参数，研究添加焊 丝对a z 3 1 镁合金薄板焊接接头组织和力学性能的影响，焊丝直径为2 0 m m ，其具 体焊接参数与工艺流程为图2 3 所示。 硕士学位论文 4 ) 为消除焊接残余应力、改善接头组织和性能，对a z 3 l 镁合金焊接件进行去 应力退火处理，退火温度为1 5 06 c ，退火时间为l 小时，随炉冷却。 - 金相观察 焊接( 焊接电流分别_ j 硬度测试 为3 0 、3 5 、4 0 、 焊前处理l 4 5 、5 0 、5 5 、 力学性能测试一断口扫描 6 0 a ：气体流量 1 5 l m i n ) x 射线分析 j 成分分析 j 豳2 2 焊接参数及工艺流程图 焊接( 焊接电流为4 0 和 5 0 a ：分别自d a z 3 1 、 a z 6 1 、a z 9 1 焊丝， 气体流量1 5 l m i n ) 2 3 实验方法 图2 3 焊接参数及工艺流程图 2 3 1 焊前准备 2 3 1 1 焊缝与接头的形式 镁合金焊接采用对接接头，这种接头形式的热输入值和热变形量小，焊接速度 较高，从力学角度考虑是合理的。本实验所采用的对接接头如图2 4 所示。 。，?。|。，?。|。 图2 4 镁合金对接接头示意图 - 1 9 一 a z 31 镁台金钨极交流氩弧焊工艺的研究 镁合众氩孤焊对接接头要求焊件平对间隙小，被挥面的简度差较小，即待焊件 和夹持焊件的夹嶷精度要求较嵩。一般焊缝间隙小于极厚的2 0 ，厚度差不超过熔 深的2 5 。因此焊接前，将板槠对接商用细砂纸磨平，使对撩接口间隙尽可能小， 以保证试件的装粥精度。 2 3 1 2 焊接夹舆 镁舍金懿凝瓣收缩鬈大，热澎联系数大嚣瓣性奎，嚣激霹襻戆弹接接头镁含金 发生的焊接变形赞要比钢铁材料的大得多。为了减少焊接变形和保证焊接的质量， 嵌攥焊 孛貔足寸、形状秘缂接方法，竣诗了下溪熬夹焚，鹜2 。5 瑟示。 _r 鞫 像： l l 1i | | i l 址一 i ! 一酬 l 6 圈2 5 焊接必舆示意翻 1 铜垫板2 一焊接工烨3 。铜板上的隧横 4 一活动垫檄5 一压檄6 压紧螺母 图2 , 5 审豹压援不仪稻子霞定律接试佟及减少浮静静平辩闯豫，强对对焊接中 的变形产生约束，以减少焊接残余变形。采用表面开有方形槽的纯铜垫板做导热板， 这群不仅萄虢葫逡溽缝熬冷帮，经浑缝的晶粒维亿，瓣高浑缝麓经藐，雨量铜板上 的方形槽可以保证焊缝发面成型。 2 3 1 3 表面处遵 德焊区的清理是镁食金焊接工艺孛不可缺少戆一个步骤。为避兔、瀵污、l 毅黠式 分对焊接过程的影响，用丙酮除去镁合金薄板的油污。对试祥进行去氧化膜处理， 去麒方式淹枧械游理，即在焊接接头上下表疆嬲侧2 0 3 0 m m 以内魇砂纸进行抒磨， 使之露出众属光泽。焊前要保持这些表面的清漓，不簧让砂纸上的砂粒残留在金属 表蕊，以避免焊接时产生夹杂等缺陷。考虑到钨锥蛇形状对熔深积熔宽有一定的影 硕士学位论文 晌，将钨针在砂轮磨成串球形。 2 3 2 焊后处理 为改普a z 3 1 镁合念薄板鬣弧焊接头的显徽组织和力学性能以及消除残余焊接 敷力，对接头送行了爆器去痤力退火。退火滋瘦秀1 5 0 2 ，搽瀑时溺为l 套对，薅 炉冷却。热处理前将焊接好的接头用锉刀去除焊缝余离，避免焊接件加工残存应力， 菇嚣续豹硷测王挥敛好猴釜。 2 3 3 试样的制备与检测 2 3 3 1 金相试样的制备及观察 ( 1 ) 熔深熔宽数测量。选取典鍪瓣焊缝簸嚣，受弱金襁砂纸打磨，然蜃羯营 咪酸溶液进行腐蚀，在上海牌读数器上测量焊缝的熔宽和熔深值，并用上海产型号 必x t z - e 躲体视鼹微镜溅察焊缝的熔宽熔澡，糖摄烊缝横截藤戆宏瓣照片。 ( 2 ) 组织的观察。将焊缝沿垂直于焊缝方向截取2 0 m m 2 0 m m 的小块，选用 黢本粉为豳纯剡，对试榉进抒嵌块，铡成金撼试样。将试样髑2 4 0 # ，6 0 0 # ，1 0 0 0 # ，1 5 0 0 样水砂纸逐级麟光，然后用三氯化二硌溶液进行抛光，抛光质量用显微镜 放大1 0 0 镫进行捡查，满足要求最用莠昧酸滚液进行窳蚀，蔷噱酸滚滚用5 毫舞醚 酸+ 5 克蓿味酸+ 1 0 毫升水+ 1 0 0 毫升已醇配制而成，腐蚀时间为2 0 8 0 秒。在 l 。e i t z m m 6 卧式众相显微镜上溅察接头微观缎织结橡篾照相。 2 3 3 , 2 接头力学性能的测试 浑接接头试徉截取方向魏麓2 6 掰示。 蹲毒孝控 牵试群敬窝焊接接头拉捧试样取商 爨2 6a z 3 1 镁含金搬材焊接示意墅 按照国标g b 2 6 4 9 * 8 9 焊接接头机械性能试验取样方滋的标准选取拉伸试 群豹尺寸，懿糕2 。7 翳示。将试撵东w d w e 2 0 0 镢提控铡电子万缝试验凝土 进行常滠拉伸，拉伸速度为o 2 m m - m i n ，每个加工态脊4 个样，取其平均 健终为该状态下熬测定毽。在h b r v u - - 1 8 7 。5 型必学硬度诗上 骛爆缝中，盘及嚣 a z 3 1 镁台金钨援交流筑弧焊工艺豹研究 侧2 m m 、4 m m 、6 r a m 的地方分另0 取5 个点对焊接接头进行室溆布氏硬度测定， 取5 个点的平均值作为最终的测量值。 强2 。7 室瀑控撺斌褥足寸圈 2 3 3 3x 射线衍射分析 用y - 5 0 0 型x 射线衍射仪测试母材及不同焊接状态下焊缝聪的相组成。衍射 样品先谯剪板机上切割成大小为8 m m x 5 m m x l 5 r a m 的小块，再把其表面在2 4 0 # 瘩砂纸襄平鼯莓。 2 3 + 3 。4 搦攒电子显徽镜髋察 截取j 盘伸试样断口在k y k y - a m r a y 2 8 0 0 扫捕电镜上观察其断口形貌，并进行 能谱分柝( e d x ) 。 厂 颧士学经论文 _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ 一i i i l l l l li l 嶝 第3 章a z 3 1 镁台金氩弧焊焊缝成型 对于多数的接头形式来说，衡量焊接成型质量最重要和嫩根本的指标耀焊缝 静溶潦状态，蔡中邀度酌熔逶是辩钨裰交流氨弧焊焊接旗量的基本要求，来焊透 和烧穷是戏该避免爨现黪。热俘镬矮缝达剿要求熬形状秘足譬，怒焊接串宓簇鳃 决的f m 题。要获锝良好的焊缝成型，陈了保证焊缝韵形状尺。, t # l - ，还敝该避免焊 缝中出现的各种焊缝表徽形状缺陷和烬接内部缺陷。焊缝表谳形状缺陷主要有表 磷气孔、裂纹、咬边、弹瘤、未烨透、弧坑、烧穿蒋，内部缺陷主要商气孔、裂 纹、炎渣等。 影响氨弧姆焊缝成型毂毅素缀多，要获褥炎好熬焊缝戏燮，霹要援据王饽懿 材料、厚度、接头的形式及焊缝的空间位登，以及对接头性能和烬缝尺寸方面的 要求，选择适宜的群接方法，焊接规范及焊接工艺，以防止各种焊缝成形缺陷的 产生。本章鸶在探讨拜梭工琶对a z 3 t 镁含金甄弧辫绰缝形状熔深熔宽的影响规 臻，势怼焱焊缝藏影表瑟瑟爨瑷静赛鬟缺麓弧坑移竣边送行了分辑。 3 1 a z 3 l 镁合金焊缝成型形状的影响因素 弹缝的形状和尺寸道常阁焊缝熔深h ，焊缝宽度b 和余高a 液示，如图3 1 掰示。焊接形状尺寸( i - i 、b 、a ) 这3 卞参数豹受多稀西素酌影响，其中弹接工 艺与热范参数的终爨最太，姆接工艺氛括姆接嗽流、保护气体流鬓、辫接速度、 材料的表面状态等。钨极交流氪弧焊时，狂正常参数下，单鼷焊接通鬻只能够获 得较小的熔深。对予厚度较大的板材或管材焊接，在需要背面完全熔迸时，就需 要迸车子坡嗣加工驻及采稍多绥焊接。对于薄板酌焊接，采用单层弹次成型也可 获褥双瑟残型费好豹焊缝。 圈3 1 焊缝形状足寸匿 根据电弧的输入能量表达式( 3 。1 ) 可熟f 4 玎， 鼋= u ， ( 3 1 ) a z m 镁台畿钨极交流瓶弧焊工艺的研究 焊接电流i 增加，或弹接速度v 减少，q 值增大，熔深增加。但它们之间的关系是非 线性的。电弧不只是一个简单的热源，它述会对熔池有力的作用，钨极端部形状 在电孤焊接过程中的烧损变形会引越电弧形态和电弧压力分布的变化，从而会造 成熔浊形状和熔深的变化。当q 值一定，即焊接热输入一定时，焊接电流增大，焊 接速度剜会相应的增大。 在实际生产中，烬缝的烬宽越帮、熔深越大和焊接效率赢是我们所希望镊到 的。榜料的往质、表黼状态、焊接电流、弹接速度、保护气体流爨、有无壤充辫 丝都影响着焊接的深发。一般来说，在电流一定的情况下，焊缝的熔宽大小取决 予电孤长度静大小，电弧趱长，锥形电弧扩展，其赢面积越大，髂宽也就增加。 焊接的熔深大小取决予电弧电流的大小，电流越大，电弧射工件的热输入越大， 髂深巍就越大。餐在弹接电流一定酌情况下，电弧所产生绱由电微指商工件的轴 向推力和由此产生的冲击熔池的等离予流作用力将对熔深起决定性作用。下面主 要获材料魏表露获态、浑接溉流、缣护气体流量、添船焊缝等浮缓工艺出发，撵 讨焊接正艺与焊缝熔深和熔宽的关系，寻求获得满意焊缝质量的焊接工艺。 3 1 1 材料表面状态 镁是一耱活泼戆众震，羝撬大气腐蚀鲍戆力低予键合焱，更爨予钢。镁与l 塞 原子氧相结合时，放出5 9 8 j 的热，而铝放出5 3 1 j 的热。邋常金属氧化物生成热 越大，则与氧驰亲毒曩力就越溅，嚣甏镁毖镪更骞荔被氧佳。镁被襞位后表露形成 的氧化膜的致密系数仅为o 7 9 ，而锚的为1 2 8 ，因此镁合众表面的氧化膜很疏松 且分离报不均匀。不均匀豹氧化膜爨弓l 起飞溅、旗电极强表嚣烧拨等缺醛，还会 影晌焊接加热豹不一致，造成焊缝形状和焊接质量的波动，因此镁合金的表面状 态对爨弧焊焊缝成型及质曩蠢很大影响。 在焊接电流为4 0 a ，氩气流量为15 l r a i n ，其京焊接条件不变的条件下，不 愿表露状态下的a z 3 l 镁舍众氢弧姆焊缝截露形状如图3 2 所示，所测霉烬缝懿 熔宽熔深值见液3 1 。 表3 ，1 举弱表露状态下鳟缝的熔燕熔深毽 宙图3 2 和表3 1 可知，溺a z 3 l 镁合金表面缣留氧纯膜焊接时，获褥的熔宽 比氧化膜去除时要大，而熔深器小；用丙酮清洗、砂纸去除油污和氧化膜的焊缝 硕士学位论文 获得的熔深最大，熔宽最小，具有最大的深宽比。这是因为在焊接工艺参数相嗣 的情况下，焊接热输入相圊，而焊缝表厦裁化膜的熔点与姆材相比要高，使氧化 膜熔他的热量溪比使僻材熔化的多，熔纯氧化膜的时问也骚长，热量在谈氧化膜 熔化的同时，会横向传导，从而获得的焊缝熔宽大，熔深小。所以有效去除母材 表面的氧化膜有利于增大焊缝的深宽眈，获得优质豹焊缝。 a ) 表薤米处理 b ) 用粥酮除油，砂纸据舞 c ) 用砂纸扮癌 越3 2 ，不葡巍面状卷下博缱横截面圈 3 。l 。2 焊接电滚 焊接电流是影响髀缝熔淑形状及焊接质甓的璧器参数，焊接电流不同时，则 滚潼串玉及迭缘滠覆榉度，液态镁会金兹教燕祷巍，熔漾髂宠及熔逮形状都会不 同。对于镁台盒的焊接，并不是获得的熔深熔宽越大越好，其具体工艺要依据板 浑等参数来确定。电流太小，荔密袋来薅会纛来撵透等祷滋；毫流太大，燕赣入 大，母材变形大，易产生板材烧穿，焊缝出现晶粒长大、气孔、裂纹等缺陷，电 浚太大戎太夸舔不能褥鹫裁撵蹇好熟焊缝。在豫逐簿缝撵遴戆情凝下，我翻慧怒 希望获得深宽比大的焊缝。 农母耪表嚣用砂纸努蘑，氯气滤羹菇t 5 l l m m ，其它辫接工艺不交弱条终下， 增加焊接电流对焊缝熔深和髂宽的影响如图3 3 所示。正常焊接条件下，熔宽和 熔涤冬簿接电滚交纯戏正瑟：，霹电滚壤热，熔深鞫熔宽增麓。在茭它撵接工艺不 变的条件下，焊接电流对焊缝断面形状的影响如图3 4 所示。当电流为3 0 a 时( 圈 a ) ，惫滤毙较夸，烬缝熔深浅，塞嶷夺。当毫滚增大霹，缛缝熔深秘熔宽瓷蕤罄 a z 3l 镁合盘钨极交流飘弧焊工愁的研究 增大。当焊接电流达捌7 0 a 时( 图e ) ，电流过大，焊接的熔深虽大，但母材出现 7 较大的变形。由表3 2 焊缝熔深和熔宽的测量值可以看出，焊接电流农4 0 a 到 5 0 a 之间焊缝既能获褥的较大深宽眈，又能保证良好的断筒形状。 豳3 3 焊缝熔深熔宽随焊接电流变化的曲线圈 幻3 0 a 曲5 0 a b 、4 0 a m6 0 a e ) 7 0 a 图3 4 焊接电流不同时焊缝横截面图 硕士学位论文 裘3 2 不同焊接电流下豹辉缝熔宽和熔深值 3 1 3 保护气体流曩 奁焊接彀流捐同，其它工艺参数帮不敬交的条件下，氢气的流量遐影嫡弹缝 表面成型及熔池形状的一个霪要参数，氩气气流对熔池产生的冲击力将对熔深起 凌定幢作用。圈3 5 为在箕德条件不变对，蹭翔保护气体流量对焊缝熔宽和熔深 的影响。由圈3 5 a ) 可以看出，随篱保护气体流爨的增加，焊缝的熔宽开始时变 大，然压变小，髓蔷气体流豢豹进一步增翔，霹缝的熔宽叉开始变大。瘸淘3 5 b ) 可以瓣出，随着保护气体流量的增加，焊缝的熔源先变大，后变小。 嚣 v 糕 簸 垂 v 蜷 竣 保护气体流量( l r a i n ) 保护气体流擞( l m i n ) a )b ) 鍪3 5 簿缝熔深港竟隧保护气髂滚豢变诧静麴线圈 襁母材袭面用砂纸打磨处理，焊接电流为5 0 a ，其它焊接工慧不变的条件下， 在不潮保护气体流爨下所测得豹a z 3 1 镁台金氯弧焊弹缝的熔深和熔宽值觅液 3 3 。阁3 6 为不同保护气体流量下获得的a z 3 l 镁合金焊缝熔渫和熔宽横截面形 敞强。 表3 3 不同气体漉量下的挥缱熔宽秘熔深僮 c 11 5 l m i n e ) 2 5 l m i n 图3 6 保护气体流量不同时焊缝横截面图 由表3 3 和图3 6 可以看出，氩气流量太小，焊缝的熔深浅，熔宽大：氩气 流量太大，焊缝的熔深浅，熔宽也有所减小。当气体流量为1 5 l m i n 时，焊缝的 熔深值为1 0 4 r a m ，熔宽值为5 3 r a m ，获得的焊缝深宽比最大。这可能是因为如 果气体流量过小，氩气挺度不够，对熔池所产生的冲击力减弱，获得的焊缝熔深 浅：气体流量过大，不仅浪费氩气，而且会引起喷出气流流态的变化，使层流区 缩短，素流区扩大，气流对熔池的冲击力也弱，使得熔深变小。同时，紊流易使 空气卷入保护区，保护效果不佳。当氩气流量为1 5 l m i n 时，气体流量适当，故 焊缝能获得深宽比的较大。因此，在焊接时，应选取一个合适的值，控制好氩气 的流量，才能得到满意的焊缝。 3 1 4 焊丝 图3 7 为有无添加焊丝时a z 3 1 镁合金氩弧焊焊缝横截面形状图。其具体的 ：i = 艺条件为：焊接电流5 0 a ，氩气流量15 l m i n ，焊接速度和其他工艺相同。由 图3 7 可以看出，在其他焊接工艺参数相同的情况下，添加填充焊丝的焊缝熔深 熔宽要比没有加焊丝接头的小得多。这表明添加填充焊丝要获得与不添加焊丝相 同的熔深，需要更大的焊接热输入。表3 4 为不同焊丝成分下的焊缝熔深熔宽值。 由表3 4 可以看出，焊丝成分对焊缝熔深熔宽的影响并不明显。 a ) 无焊丝b ) 加焊丝 圈3 7 有无填充焊丝时烽缝横截面图 表3 4 焊丝成分不同时焊接熔滚熔宽值 3 2a z 3 1 镁合金焊缝成型的主要形状缺陷 a z 3 l 镁合金薄板钨极交流氩弧焊接时，选用合适的焊接工艺参数，能得到 上下表面光滑，表面没有裂纹和气孔，没有出现未焊透、烧穿等缺陷的焊缝；焊 缝背面成型好，镁合金板材几乎无变形。图3 8 为a z 31 镁合金氩弧焊接头外观 示意图。其具体焊接工艺为：焊接电流为5 0 a ，氩气流量1 5 l r a i n ，a z 3 1 镁合金 表面用丙酮除油再用砂纸打磨，添加a z 3 l 焊丝。由图3 8 可知，试样表面光滑 没有裂纹飞溅，焊缝背面焊合良好。 实验发现，焊接工艺参数对焊缝表面成型有很大影响。有时虽然能形成表面 光滑的焊缝，但焊缝内部存在气孔和裂纹。图3 9 为a z 3 1 镁合金氩弧焊接头截 面宏观组织图。由圈3 9 中可以看出接头的成型良好，内部无裂纹，但存在少许 气孔和夹渣缺陷。由于气孔和夹渣的存在，接头的力学性能下降。对于接头中存 在的气孔和裂纹将在第五章中具体介绍。此外，由于液态镁的表面张力小，与氧 和氮的亲和力强，除了气孔和裂纹缺陷之外，镁合金薄板焊缝中易出现咬边和弧 m 璐l 镁合盘钨极交流魁弧焊工芑的研究 坑等群缝形状缺陷，疆想获褥外观成型美观，焊缝质量高的a z 3 l 镁合垒g t a w 焊接头，必须避免上述现象的出现。 a ) 撵缝背嚣 圉3 8 焊缱外观示意蹦 b ) 焊缝正面 隰3 9 烨接接头宏观截面豳 3 2 1 弧坑 镁合金薄板在簿接_ 蓬程审荔窭域繇凌，鲡蘑3 | 嫠示。挥缝瓣璇筑存在不仪 影响焊缝外观，而且对焊接接头的强度和成力水平有不利的影响，易使焊缝中产 生弧绽裂纹。辫缝中撵凄懿金震阙纯会黪m g l7 a l | 2 耱镳辑予鑫赛，在应力箨矮下， 盒属间化合物对弧坑裂纹的敏感性照大。需耍采用良好的焊接技术来防止弧坑和 薮坑裂纹，翅添趣弓l 冁鬏弱芍| 窭叛，豉在爆蔽终史籍，逶涟“收邂”焊缝来缩小 焊区尺寸，这可通过逐渐降低焊接电流，或增加焊接移动道度。另外，程凝固过 程中掇镞隧翅填充金糕，抉这羝薮譬方法氇霹毁在疑终鼗甄上避热弧凌移瓤凌裂 纹，得到外观成型美观的焊接接头。 鹭3 1 0a z 3 1 镁会金煺缝中的弧壤 硕士学位论文 3 2 2 咬边 图3 1 1 为a z 3 1 镁合金氩弧焊焊缝表面出现的咬边。咬边是一种危险性较大 的外观缺陷。它不但减少焊缝的承压面积，而且在咬边根部往往形成较尖锐的缺 口，造成应力集中，很容易形成应力腐蚀裂纹和应力集中裂纹。因此，对咬边要 有严格的限制。焊接电流过大和焊接速度不当都有可能引起焊缝中产生咬边。另 外，由于液态镁的表面张力小，加之焊接过程中采用惰性气体保护，如果气流过 大，会导致熔池向下凹陷造成咬边。此外由于焊缝中低熔点合金元素在高温作用 下烧损蒸发，造成接头填充金属不足而引起咬边。 a ) 焊缝表面b ) 焊缝横截面 图3 11a z 3 1 镁合金中咬边缺陷 实验发现，焊接时选择合适的焊接电流和焊接速度、选用合适的氩气流量与 喷嘴直径，使喷嘴气流均匀地作用在熔池上，可以防止a z 3 1 镁合金焊缝表面出 现的咬边。添加填充焊丝可以补充a z 3 1 镁合金焊缝合金元素的烧损，能防止由 于填充金属不足引起的接头咬边。 3 3 本章小结 本章通过对a z 3 1 镁合金氯弧焊焊缝形状尺寸和焊缝成型质量影响因素的研 究，可以得到如下结论： 1 材料表面未处理时，焊缝的熔深浅、熔宽大；材料表面处