镁合金变极性等离子弧焊及活性化焊接研究

【摘要】：镁合金是目前被国内外重新认识并积极开发的一种高性能轻型结构材料,具有低密度、高比强度、阻尼减震性好、易机械加工及良好的可回收性等优点。随着越来越多镁合金焊接件在工业上的应用,研究和推广镁合金高效焊接工艺已成为实际生产的迫切要求。 本文采用变极性等离子弧焊方法成功焊接了AZ31B镁合金,提高了镁合金焊接的效率和焊接质量。通过系统的工艺试验分析了各工艺参数对焊接过程的影响规律,总结出小孔法自动拼焊工艺的规范区间,获得满意的焊接接头。对接头性能和微观组织的研究发现:接头组织均匀,晶粒细小,熔合线清晰,不存在明显的热影响区;元素分布均匀,没有出现严重的区域偏析现象;焊缝内部为单相的α-Mg组织,没有明显的Mg_(17)Al_(12)或其他杂质相的存在。说明变极性等离子弧焊方法能够改善接头性能,是一种理想的焊接镁合金的方法。 本文还开展了镁合金交流活性A-TIG焊研究,发现活性剂能够提高电弧熔深能力,减小焊缝截面尺寸,提高焊接效率。在相同工艺下A-TIG焊最大熔深可达普通TIG焊熔深的300%左右。AZ31B镁合金A-TIG焊接头的拉伸强度达到母材强度的90%,与普通TIG焊接头的强度相当。通过对焊接电弧的拍摄和对焊接温度场的测量分析活性剂对焊接电弧行为的影响。结果认为:活性剂的加入使得电弧的电离度增加,进而提高电弧温度,增加焊缝熔深。活性剂影响电弧的主要途径是它受热分解后产生的阳离子可以自发地和电弧等离子体中的电子e发生复合,破坏了电弧等离子体的电中性平衡,促使更多的Mg蒸汽电离以恢复电弧等离子体的电中性,条件是复合过程释放的能量要大于电弧中主要电离元素Mg的第一电离能。此外,活性剂(氧化物)对熔池的影响也同样存在,改变了熔池的表面张力,符合“表面张力变化”理论。