AZ31B镁合金非熔化极DE-GMAW焊缝成形研究

【摘要】：AZ31B镁合金的焊接性能较差,在常规直流MIG焊接过程中,小电流时由于镁的表面张力较小且密度小,致使焊丝末端熔滴与焊丝分离困难,而此时的熔滴易发生剧烈的摆动,易形成飞溅,最终导致比较差的焊缝成形;大电流时母材的热输入大,易造成焊缝塌陷甚至是烧穿,导致焊缝无法成形。所以,本文对2.3 mm AZ31B进行非熔化极DE-GMAW(Non-consumable Double Electrode Gas Metal Arc Welding)焊。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。为了得到质量高成形良好的镁合金焊缝,本文研究并分析了镁合金非熔化极DE-GMAW的工艺实验、熔滴过渡特征、电弧稳定性及其出现的问题。首先,建立非熔化极DE-GMAW实验操作平台,主要由实验操作系统和焊接电信号数据采集系统组成。实验操作系统实现了AZ31B焊接以及工艺参数的调节;焊接电信号数据采集系统实现了实时同步采集多个电信号数据,并在计算机上显示波形,能够更直观的获取电流电压信息。其次,进行镁合金非熔化极DE-GMAW实验,利用获取的电流电压数据分析电弧稳定性及熔滴下落特征。研究工艺参数对电弧的稳定性和熔滴下落的变化规律,为优化工艺参数提供实践经验。在达到稳定电弧及熔滴过渡的基础上进行镁合金非熔化极DE-GMAW堆焊实验。分析工艺参数影响镁合金堆焊焊缝成形的规律,获取匹配的电参数与焊枪几何位置关系从而获得良好的焊缝成形。最后,观察获得的堆焊焊缝的微观结构并进行力学性能测试。研究工艺参数影响焊缝内在质量的规律。进一步确定并且优化工艺参数,改善焊缝质量,从而获得质量高成形好的堆焊焊缝。通过大量实验获取的最恰当工艺参数如下:总电流225 A、旁路电流140 A、焊接电压21 V、焊接速度2.8 m/min。实验结果表明:非熔化极DE-GMAW是一种焊接薄板镁合金的高效方法,能够实现镁合金的高速焊接并且得到质量高成形好的焊缝。