镁合金氦氩磁震电弧熔钎焊连接成形技术

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1、镁合金氦氩磁震电弧熔钎焊连接成形技术　　【摘要】采用电弧熔钎焊的方法，可使镁合金接头上部离电弧较近受热熔化呈熔焊，接头下部离电弧较远呈钎焊。外加交流磁场后，电弧对熔池的搅拌作用可促进钎料的流动，增强其润湿性，从而使钎料填满板材缝隙。当励磁电压为30V，氦气与氩气体积比为1∶1，焊接电流90A，焊接速度120mm/min时，可得到钎缝成形美观、抗拉强度达到母材35%的钎焊接头，拉伸断口为韧-脆混合断裂。　　【关键词】镁合金；氦氩；磁震；熔钎焊　　镁合金资源丰富、铸造性能好、密度小、比强度和比刚度高、电磁屏蔽性强、具有良好的切削加工性

2、和减震性，并且可回收再利用，是二十一世纪的绿色工程材料。但其熔点低、线膨胀系数高、导热率高、与氧或氮的亲和力强，焊接过程中易产生夹渣和脆性相，现阶段主要用激光焊、等离子焊、摩擦焊等方法，其设备昂贵、焊接条件苛刻且生产成本高。焊接技术是形成结构件所采用的最重要方法，在实际生产中的比例占其他连接技术的85%以上，焊接技术已成为制约镁合金结构件广泛应用的主要障碍。研究表明：TIG焊存在着焊后残余应力高、热影响区宽、焊缝金属冶金组织变化大等问题，而电弧钎焊技术得到的接头强度又比较低[1-4]。本文所研究的电弧熔钎焊技术，一方面可以避免TI

3、G焊所存在的问题，另一方面可以有效提高钎焊接头的强度，对实现镁合金产业化有着重要的现实意义。　　1、实验方法　　母材采用AZ31镁合金，其化学成分如表1所示。钎料的化学成分为（质量分数）：Mg69.5%，Zn29.5%，Sn1%，其显微组织如图1所示。焊接工艺参数如表2所示。　　焊后试样未经任何热处理，采用WSM-100KN型电子万能试验机根据GB/T228.1-2010进行拉伸试验，拉伸速度1.0mm/min。使用JSM7500F场发射扫描电镜观察接头显微组织并进行能谱分析。　　2、结果与讨论　　所谓熔钎焊，包括两种情况：一是异

4、种材料连接时，一种母材熔化而另一种母材不熔化；二是同种母材连接时，部分母材熔化，另外一部分母材不熔化。本实验研究的是第二种情况，在镁合金板上半部分，母材离电弧较近受热熔化而呈熔焊状态。然而，在板的下半部分，母材离电弧比较远，温度较低并没有熔化，而呈钎焊状态。图2是镁合金电弧熔钎焊接头熔合区组织，图2中上半部分为焊缝，从图中可以看出，采用氦-氩混合气体作为保护气体，电弧熔钎焊的熔合区比较小，仅为12～18μm。当氦气体积为50%时，可获得外形美观、无焊接缺陷、熔深足够的镁合金熔钎焊接头，这是因为添加氦气后，电弧收缩能量集中，弧柱细且

5、温度梯度增加，明显提高了电弧的稳定性。外加交流磁场后，电弧对熔池的搅拌作用可促进钎料的流动，使其润湿性增强，从而有效的使钎料填满镁合金板材缝隙，焊缝成形美观。图3是线扫描分析，图4是显微硬度测试结果，图5是镁合金电弧熔钎焊接头断口形貌。　　从图4中可以看出，AZ31镁合金板电弧熔钎焊接头焊缝区的显微硬度稍低于母材区，这是因为焊缝组织由α-Mg与镁锌共晶体组成，相对于钎料自身，焊缝中的α-Mg含量相对减少并得到细化，而外加交流磁场后α-Mg与镁锌共晶体有所增加并得到细化。拉伸测试结果表明：镁合金板电弧熔钎焊接头的抗拉强度比母材的低，

6、为母材的25%左右。加入氦-氩混合气体作保护气体减少了接头的缺欠，接头的抗拉强度达到母材的30%左右，外加交流磁场后，增多并细化了共晶组织，进一步提高接头的抗拉强度，达到母材的35%。从图5中可以看出：接头的断口是解理和韧窝组成的混合断口，为韧-脆混合断3、结论　　（1）采用电弧熔钎焊的方法，可使镁合金板上半部分离电弧较近受热熔化呈熔焊状态，板的下半部分离电弧较远呈钎焊状态。　　（2）加交流磁场后，电弧对熔池的搅拌作用可促进钎料的流动，增强了润湿性，从而使钎料填满板材缝隙，钎缝成形美观。　　（3）优化后的工艺参数为：励磁电压30V

7、，氦气∶氩气=1∶1（体积比），焊接电流90A，焊接速度120mm/min。　　参考文献：　　[1]汪喜和，刘胜新，陈永等.氦气-氩气混合比对镁合金TIG焊焊接性的影响[J]，轻合金加工技术，2006，34（12）：：43-45.　　[2]刘胜新，陈永，汪喜和.AZ31镁合金氦-氩混合气体TIG焊接接头组织和力学性能的研究[J]，热加工工艺，2007，36（7）：12-14.　　[3]刘胜新，汪喜和，陈永等.AZ31镁合金板钨极氦-氩保护焊焊接工艺研究[J]，轻合金加工技术，2007，35（8）：45-47.　　[4]张冠宇，隋方

8、飞，苗晋琦等.外加磁场对镁合金TIG焊电弧形态及焊缝质量的影响[J]，热加工工艺，2009，38（11）：13-115.　　基金项目：　　郑州市科技攻关项目：121PPTGG360-1、郑州大学2012年度大学生创新训练计划项目“氢核热聚变冷却装置