專利名稱：一種厚板az31鎂合金焊接接頭及其單面焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種厚板AZ31鎂合金焊接接頭及其單面焊接方法，特別涉及一種 15 20mm厚的高強(qiáng)度AZ31鎂合金焊接接頭及其單面焊接方法，屬于材料加工工程中的焊 接工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鎂合金具有化學(xué)活潑性高、熔沸點(diǎn)低、導(dǎo)熱 系數(shù)及熱膨脹系數(shù)大等特點(diǎn)，焊接過程 容易產(chǎn)生夾渣、氣孔、變形、裂紋及過熱等問題，嚴(yán)重阻礙了其焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用。國內(nèi)外許 多科研院所和高校都開展了鎂合金的焊接，但僅限于其薄板(小于或等于IOmm)的焊接，隨 著高強(qiáng)度鎂合金在輕型裝甲上的應(yīng)用，厚板鎂合金的焊接成型開始受到關(guān)注。由于鎂合金具有較大的熱膨脹系數(shù)，因而焊接容易產(chǎn)生收縮和角變形，厚板鎂合 金的焊接存在更大的變形，這對于尺寸精度要求較高的領(lǐng)域應(yīng)用是十分不利的。焊接工藝參數(shù)是決定焊接作業(yè)成敗最為重要的一個(gè)因素，其中打底焊接工藝參數(shù) 選擇是否合理直接影響到接頭質(zhì)量。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，厚板鎂合金打底焊接 容易發(fā)生塌陷和或者未焊透。因而有必要優(yōu)化鎂合金焊接接頭結(jié)構(gòu)特和工藝參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前中厚板鎂合金焊接工藝尚不成熟，厚板鎂合金焊接過程中產(chǎn)生的氣孔、 未熔合、變形缺陷的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種厚板AZ31鎂合金焊接接頭及其單面焊接方 法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供下述技術(shù)方案—種厚板AZ31鎂合金焊接接頭，坡口形式Y(jié)型，其特征在于所述焊接接頭的坡口 角度為70° 80°，鈍邊尺寸為1mm，根部間隙為0。其中，所述焊接接頭板材的厚度范圍為15 20mm。一種厚板AZ31鎂合金焊接接頭的單面焊接方法，包括如下步驟⑴焊前準(zhǔn)備清理板材及焊絲表面污物，將板材進(jìn)行100 200°C預(yù)熱處理，時(shí)間為1 2小時(shí)， 取出后將待焊表面殘留的化學(xué)污漬及氧化膜清理干凈，將反變形墊塊對稱地放入裝配臺并 保持每塊反變形墊塊與焊漏槽中心線有10 13mm距離，裝配固定好，焊槍與焊接方向保持 100 105°，導(dǎo)絲嘴傾斜20 30°，起弧之前將焊絲與焊槍鎢極對準(zhǔn)并焊絲確保位于鎢極 尖端下部，最后將焊絲收回至導(dǎo)絲嘴內(nèi)。(2)焊接焊接分為打底焊接、填充焊接及蓋面焊接。每焊完一道之后進(jìn)行清理，2 3分 鐘之后進(jìn)行下一道焊接，單面焊接完后，整個(gè)焊接過程完畢；焊接的工藝參數(shù)為電弧電壓 10 11V，AC balance (交流平衡值)4. 5 5，純度為99. 9%的氬氣流量14 16L/min ； 打底焊接電流275 290A，焊接速度32cm/min，送絲速度145cm/min ；填充焊接當(dāng)電流275 285A時(shí)，焊接速度25 32cm/min，送絲速度120 145cm/min ；當(dāng)電流265 275A 時(shí)，焊接速度20 25cm/min，送絲速度100 120cm/min ；蓋面焊接當(dāng)電流275 285A 時(shí)，焊接速度25 32cm/min，送絲速度120 145cm/min ；當(dāng)電流265 275A時(shí)，焊接速度 20 25cm/min，送絲速度 100 120cm/min。
其中，所述焊絲為直徑為2. 4mm的AZ61鎂合金焊絲；反變形墊塊為金屬材料，厚度 為2 3mm，添加在板材底端，對稱地放置在焊漏槽兩側(cè)，每塊反變形墊塊分別與焊漏槽中 心線保持10 13mm距離。所采用的焊接方法為鎢極氬弧焊，鎢極承載交流電范圍240 350A ；鎢極優(yōu)選為 直徑4mm的鈰鎢，噴嘴口徑為16mm。其中，優(yōu)選焊接工藝參數(shù)為電弧電壓11V，AC balance 4. 5，純度為99. 9%的氬 氣流量14L/min，打底焊接電流290A，焊接速度32cm/min，送絲速度145cm/min，填充焊接 當(dāng)電流275 285A時(shí)，焊接速度25 32cm/min，送絲速度120 145cm/min ；當(dāng)電流265 275A時(shí)，焊接速度20 25cm/min，送絲速度100 120cm/min，蓋面焊接當(dāng)電流275 285A時(shí)，焊接速度25 32cm/min，送絲速度120 145cm/min ；當(dāng)電流265 275A時(shí)，焊接 速度20 25cm/min，送絲速度100 120cm/min，制備得到的接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材86%。有益效果1.通過添加反變形墊塊，減少鈍邊尺寸和不留根部間隙，使得實(shí)際焊接接頭坡口 角度增大，改善了小角度坡口打底焊接時(shí)氬氣的紊流及熱量傳輸方式，打底焊縫成型美觀， 為后續(xù)的填充焊接及蓋面焊接奠定了基礎(chǔ)；2.通過添加反變型墊塊，焊接接頭幾乎不存在變形；3.通過固定送絲速度、電弧電壓、焊接速度等參數(shù)，僅調(diào)整焊接電流來控制實(shí)際輸 入母材焊接線能量，操作簡單方便，焊接效果好，可獲得抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材86 %的焊接接 頭。
具體實(shí)施例方式為了充分說明本發(fā)明的特性以及實(shí)施本發(fā)明的方式，下面給出實(shí)施例。以下實(shí)施 例中，焊接接頭的坡口形式為Y型，鈍邊尺寸為1mm，根部間隙為0 ；焊絲采用直徑2. 4mm的 AZ61鎂合金焊絲；所述反變形墊塊為鋁合金材料，添加在板材底端；鎢極采用直徑4mm的鈰 鎢，承載交流電范圍240 350A ；氬氣純度為99. 9%。實(shí)施例1將坡口角度為80°，厚度為20mm的1#板材放入20%的硝酸溶液中浸蝕2min，之 后放入預(yù)熱箱中進(jìn)行100°c預(yù)熱，1小時(shí)之后取出，用鋼絲刷清理坡口面及距離坡口中心線 30mm板材表面，將待焊表面殘留的化學(xué)污漬及氧化膜清理干凈；將兩塊2mm厚的反變形墊 塊對稱地放置在焊漏槽兩側(cè)，每塊反變形墊塊分別與焊漏槽中心線保持IOmm距離；將板材 放于試驗(yàn)臺上裝配固定好；焊槍與焊接方向保持105°，導(dǎo)絲嘴傾斜25°。焊接分為打底 焊接、填充焊接及蓋面焊接，焊接工藝參數(shù)設(shè)置如下電弧電壓IlV ;AC balance 4. 5，氬氣 流量14L/min ；打底焊接電流275A，焊接速度32cm/min，送絲速度145cm/min ；填充焊接 電流285A，焊接速度32cm/min，送絲速度145cm/min ；蓋面焊接電流265A，焊接速度20cm/ min，送絲速度120cm/min。每焊完一道之后，須用鋼絲刷進(jìn)行清理，2分鐘之后進(jìn)行下一道焊接；單面焊接完后，整個(gè)焊接過程完畢。整個(gè)焊接過程完畢之后，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，接頭拉伸 試樣根據(jù)國標(biāo)GB2651-89進(jìn)行加工。1#板材背面融透距離為40mm，拉伸試驗(yàn)結(jié)果如表1，結(jié) 果表明1#板材焊接接頭抗拉強(qiáng)度平均值154MPa，為母材強(qiáng)度的61 %，斷后延伸率平均值為實(shí)施例2
將坡口角度為75°，厚度為20mm的2#板材放入20%的硝酸溶液中浸蝕2min， 放入預(yù)熱箱中進(jìn)行150°C預(yù)熱，1.5小時(shí)之后取出，用鋼絲刷清理坡口面及距離坡口中心線 30mm板材表面，將待焊表面殘留的化學(xué)污漬及氧化膜清理干凈；將兩塊2mm厚的反變形墊 塊對稱地放置在焊漏槽兩側(cè)，每塊反變形墊塊分別與焊漏槽中心線保持IOmm距離；將板材 放于試驗(yàn)臺上裝配固定好；焊槍與焊接方向保持100°，導(dǎo)絲嘴傾斜20°。焊接分為打底焊 接、填充焊接及蓋面焊接，焊接工藝參數(shù)設(shè)置如下電弧電壓10V，AC balance 5，氬氣流量 15L/min ；打底焊接電流280A，焊接速度32cm/min，送絲速度145cm/min ；填充焊接電流 280A，焊接速度32cm/min，送絲速度145cm/min ；蓋面焊接電流280A，焊接速度32cm/min， 送絲速度145cm/min。每焊完一道之后，須用鋼絲刷進(jìn)行清理，2分鐘之后進(jìn)行下一道焊接， 單面焊接完后，整個(gè)焊接過程完畢。整個(gè)焊接過程完畢之后，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，接頭拉伸試樣 根據(jù)國標(biāo)GB2651-89進(jìn)行加工；2#板材背面熔透距離為80mm，拉伸試驗(yàn)結(jié)果如表1，焊接接 頭抗拉強(qiáng)度平均值200MPa，為母材強(qiáng)度的79%，斷后延伸率平均值為3. 3，較實(shí)施例1的斷 后延伸率有所提高。實(shí)施例3將坡口角度為70°，尺寸規(guī)格為20mm的3#板材放入20%的硝酸溶液中浸蝕2min， 放入預(yù)熱箱中進(jìn)行200°C預(yù)熱，1小時(shí)之后取出，用鋼絲刷清理坡口面及距離坡口中心線 30mm板材表面，將待焊表面殘留的化學(xué)污漬及氧化膜清理干凈；將兩塊3mm厚的反變形墊 塊對稱地放置在焊漏槽兩側(cè)，每塊反變形墊塊分別與焊漏槽中心線保持13mm距離；將板材 放于試驗(yàn)臺上裝配固定好；焊槍與焊接方向保持105°，導(dǎo)絲嘴傾斜30°。焊接分為打底 焊接、填充焊接及蓋面焊接，焊接工藝參數(shù)設(shè)置如下電弧電壓11V，AC balance 4. 5，氬氣 流量16L/min ；打底焊接電流285A，焊接速度32cm/min，送絲速度145cm/min ；填充焊接 電流285A，焊接速度32cm/min，送絲速度145cm/min ；蓋面焊接電流275A，焊接速度25cm/ min，送絲速度145cm/min。每焊完一道之后，須用鋼絲刷進(jìn)行清理，2分鐘之后進(jìn)行下一道 焊接，單面焊接完后，整個(gè)焊接過程完畢。整個(gè)焊接過程完畢之后，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，接頭拉伸 試樣根據(jù)國標(biāo)GB2651-89進(jìn)行加工。3#板材背面熔透距離為156mm，拉伸試驗(yàn)結(jié)果如表1， 焊接接頭抗拉強(qiáng)度平均值186MPa，達(dá)到母材強(qiáng)度的73%，斷后延伸率平均值為4. 8，較實(shí)施 例1、2的斷后延伸率均有所提高。實(shí)施例4將坡口角度為70°，尺寸規(guī)格為20mm的4#板材放入20%的硝酸溶液中浸蝕2min， 放入預(yù)熱箱中進(jìn)行100°c預(yù)熱，2小時(shí)之后取出，用鋼絲刷清理坡口面及距離坡口中心線 30mm板材表面，將待焊表面殘留的化學(xué)污漬及氧化膜清理干凈；將兩塊3mm厚的反變形墊 塊對稱地放置在焊漏槽兩側(cè)，每塊反變形墊塊分別與焊漏槽中心線保持13mm距離；將板材 放于試驗(yàn)臺上裝配固定好；焊槍與焊接方向保持100°，導(dǎo)絲嘴傾斜20°。焊接分為打底 焊接、填充焊接及蓋面焊接，焊接工藝參數(shù)設(shè)置如下電弧電壓10V，AC balance 5，氬氣流量14L/min ；打底焊接電流290A，焊接速度32cm/min，送絲速度145cm/min ；填充焊接電流 275A，焊接速度32cm/min，送絲速度145cm/min ；蓋面焊接電流275A，焊接速度32cm/min，送 絲速度120cm/min ；每焊完一道之后，須用鋼絲刷進(jìn)行清理，2分鐘之后進(jìn)行下一道焊接，單 面焊接完后，整個(gè)焊接過程完畢。整個(gè)焊接過程完畢之后，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，接頭拉伸試樣根 據(jù)國標(biāo)GB2651-89進(jìn)行加工 ’4#板材背面全部熔透，拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表1，結(jié)果表明，抗拉強(qiáng) 度平均值上升至217MPa，達(dá)到母材86%，斷后延伸率平均值為10. 5，較實(shí)施例1、2和3的斷 后延伸率均有所提高，收到了良好的效果。表1焊接接頭力學(xué)性能 注表1中抗拉強(qiáng)度、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、斷后延伸率和接頭系數(shù)均為1#板材3 個(gè)試樣、2#板材3個(gè)試樣、3#板材3個(gè)試樣和4#板材3個(gè)試樣的平均值。本發(fā)明包括但不限于以上實(shí)施例，凡是在本發(fā)明的精神和原則之下進(jìn)行的任何等 同替換或局部改進(jìn)，都將視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種厚板AZ31鎂合金焊接接頭，坡口形式為Y型，其特征在于所述焊接接頭的坡口角度為70°～80°，鈍邊尺寸為1mm，根部間隙為0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種厚板AZ31鎂合金焊接接頭，其特征在于所述焊接接頭 板材厚度尺寸范圍為15 20mm。
3.一種厚板AZ31鎂合金焊接接頭的單面焊接方法，其特征在于焊接方法包括如下步驟(1)焊前準(zhǔn)備清理板材及焊絲表面污物，將板材進(jìn)行100 200°C預(yù)熱處理，時(shí)間為1 2小時(shí)，取 出后將待焊表面殘留的化學(xué)污漬及氧化膜清理干凈，將反變形墊塊對稱地放入裝配臺并保 持每塊反變形墊塊與焊漏槽中心線有10 13mm距離，裝配固定好，焊槍與焊接方向保持 100 105°，導(dǎo)絲嘴傾斜20 30°，起弧之前將焊絲與焊槍鎢極對準(zhǔn)并焊絲確保位于鎢極 尖端下部，最后將焊絲收回至導(dǎo)絲嘴內(nèi)；(2)焊接焊接分為打底焊接、填充焊接及蓋面焊接；每焊完一道之后進(jìn)行清理，2 3分鐘之后 進(jìn)行下一道焊接，單面焊接完后，整個(gè)焊接過程完畢；焊接的工藝參數(shù)為電弧電壓10 11V，AC balance 4. 5 5，純度為99. 9%的氬氣流量14 16L/min ；打底焊接電流275 290A，焊接速度32cm/min，送絲速度145cm/min填充焊接當(dāng)電流275 285A時(shí)，焊接速度 25 32cm/min，送絲速度120 145cm/min當(dāng)電流265 275A時(shí)，焊接速度20 25cm/ min，送絲速度100 120cm/min ；蓋面焊接當(dāng)電流275 285A時(shí)，焊接速度25 32cm/ min,送絲速度120 145cm/min ；當(dāng)電流265 275A時(shí)，焊接速度20 25cm/min，送絲速 度 100 120cm/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種厚板AZ31鎂合金焊接接頭的單面焊接方法，其特征在 于所述焊絲是直徑為2. 4mm的AZ61鎂合金焊絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種厚板AZ31鎂合金焊接接頭的單面焊接方法，其特征在 于所述反變形墊塊為金屬材料，厚度為2 3mm，添加在板材底端，對稱地放置在焊漏槽兩 側(cè)，每塊反變形墊塊分別與焊漏槽中心線保持10 13mm距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種厚板AZ31鎂合金焊接接頭的單面焊接方法，其特征在 于所采用的焊接方法為鎢極氬弧焊，鎢極承載交流電范圍240 350A。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的一種厚板AZ31鎂合金焊接接頭的單面焊接方法，其特征 在于所述鎢極優(yōu)選為直徑4mm的鈰鎢，噴嘴口徑為16mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種厚板AZ31鎂合金焊接接頭的單面焊接方法，其特征在 于優(yōu)選焊接工藝參數(shù)為電弧電壓11V，AC balance 4. 5，純度為99. 9%的氬氣流量14L/ min,打底焊接電流290A，焊接速度32cm/min，送絲速度145cm/min，填充焊接當(dāng)電流 275 285A時(shí)，焊接速度25 32cm/min，送絲速度120 145cm/min ；當(dāng)電流265 275A 時(shí)，焊接速度20 25cm/min，送絲速度100 120cm/min ；蓋面焊接當(dāng)電流275 285A 時(shí)，焊接速度25 32cm/min，送絲速度120 145cm/min ；當(dāng)電流265 275A時(shí)，焊接速度 20 25cm/min，送絲速度100 120cm/min，制備得到的接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材86%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種厚板AZ31鎂合金焊接接頭及其單面焊接方法，屬于材料加工工程中的焊接工藝技術(shù)領(lǐng)域。具體地說是提供一種15～20mm厚的高強(qiáng)度AZ31鎂合金焊接接頭及其單面焊接方法。所述焊接接頭坡口形式為Y型，坡口角度70°～80°，鈍邊1mm，根部間隙為0，反變形墊塊2～3mm；通過減少鈍邊尺寸，縮短根部間隙，調(diào)整打底焊接線能量直接熔透根部，實(shí)現(xiàn)了單面焊接雙面成型；通過增加反變形墊塊，解決了厚板鎂合金焊接過程變形大的問題；通過優(yōu)化工藝參數(shù)獲得抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材86％的焊接接頭。該方法成本低、工藝簡單、操作方便，對鎂合金在強(qiáng)度、精度要求高的領(lǐng)域應(yīng)用提供了技術(shù)支持。
文檔編號B23K9/235GK101870042SQ20101021084
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者安林林, 楊素媛, 潘文方, 王富恥, 王魯, 譚成文 申請人:北京理工大學(xué)