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一種鎂基復合材料焊接方法

文檔序號:3198739閱讀:281來源:國知局
專利名稱:一種鎂基復合材料焊接方法
技術領域
本發(fā)明涉及金屬復合材料的焊接方法,具體是一種鎂基復合材料焊接方法。
背景技術
鎂基復合材料(MMCs)具有高的比強度和彈性模量、良好的耐磨性、接近于零的熱膨脹系數(shù)和良好的尺寸穩(wěn)定性,可以用于高性能汽車零部件的制造,滿足汽車減重節(jié)能的要求,同時在航空航天領域,已成功地用于制作人造衛(wèi)星支架、L頻帶平面天線、空間望遠鏡、人造衛(wèi)星拋物面天線等,是21世紀重點發(fā)展的新材料。然而,鎂基復合材料構件制造中必須面臨到焊接的問題,這是現(xiàn)代制造業(yè)所面臨的全新課題。鎂是活性最大的金屬,其熔點(651°C )和沸點(1107°C )低,在熱加工過程中,容易出現(xiàn)氧化、吸氣,揮發(fā)、燃燒(在空氣中加熱到550°C就會突然燃燒),因此,鎂合金及其復合材料的焊接成型是非常棘手的問題。目前,鎂合金的焊接方法有鎢極電弧惰性氣體保護焊(TIG)、金屬極電弧惰性氣體保護焊(MIG)、等離子弧焊、電子束焊和摩擦焊等。TIG和MIG 是鎂合金目前最主要的兩種焊接方法,但存在焊接速度低、熱影響區(qū)大、熔區(qū)寬、收縮率高、 組織和性能離散度大、合金元素汽化損失嚴重、焊縫應力和變形大等諸多問題,同時鎂基復合材料構件密度低,熔點低,熱導率和電導率大,熱膨脹系數(shù)大,化學活潑性很強,易氧化, 且氧化物的熔點很高,這兩種方法都難以獲得與母材性能相匹配的焊接接頭,特別是由于鎂基復合材料中加入了增強體,更加惡化了其焊接性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決目前鎂基復合材料存在的上述焊接問題,本發(fā)明提供一種鎂基復合材料激光焊的焊接方法,并優(yōu)化焊接工藝參數(shù),最終達到了良好的焊接結(jié)果。本發(fā)明的技術方案為一種鎂基復合材料焊接方法,首先用線切割的方法將鎂基復合材料切割成20mmX60mm大小,厚I. 5mm的片狀板材試樣,并對切割后的試樣進行焊前處理,焊前處理包括以下步驟
a.打磨
在焊接前先用粗砂紙打磨試樣表面及焊接接縫除去材料上的氧化皮,使其光滑平整;
b.清洗
用丙酮清洗打磨后的試樣,除去油潰和打磨下的氧化皮,洗凈后,放通風處晾干;
c.裝夾
待試樣晾干后,裝夾試樣,裝夾過程中避免用手接觸焊接區(qū)域,特別是焊接接縫處,以免對焊接產(chǎn)生不良影響;
d.烘干
試樣裝夾完后需要烘干,把整個夾具放入100°C (溫度過高會使復合材料氧化)的烘箱內(nèi)烘烤5分鐘取出,自然冷卻。在裝夾試樣過程中,在夾具的夾板和試樣之間墊一層O. 2mm厚的薄鐵片,并超出夾板內(nèi)側(cè)一部分,對齊兩個試樣的焊接接縫后,固定夾板,用薄刮刀(寬度略小于兩夾板之間的距離而大于薄鐵片之間的距離)蘸取鋁粉漿料涂抹在兩個試樣的焊接接縫處,并用薄刮刀刮磨平整,鋁粉漿料的厚度與薄鐵片的厚度相等。所用鋁粉漿料由質(zhì)量濃度為4%的聚乙烯醇水溶液和200目的鋁粉混合調(diào)勻而成,鋁粉的加入量使?jié){料的粘稠程度為剛好能形成液滴,這樣在接下來的激光焊接過程中,鋁粉漿料可以補充焊接過程中熔池氧化燒損的部分,有利于熔池的形成。所用夾具為自制夾具,其由一塊基板和兩塊夾板組成,基板水平設置,兩塊夾板平行設在基板上,夾板和基板之間通過螺釘連接,兩塊夾板相對的側(cè)面的下部分別設有一個凸臺,夾板的厚度為2mm,凸臺的厚度為O. 5mm,基板的上表面上還設有V形凹槽。激光焊焊接工藝采用熱傳導式焊接方法,焊接接頭為對接型,光斑直徑I. 5mm, 脈寬O. 5ms,激光脈沖頻率60Hz,焊接功率34(T360W,激光掃描速度30(T400mm/min,保護氣為氬氣,氬氣流動渠道有兩個,一個與激光束同軸保護聚焦鏡頭,流速為1.2L/min,另一條保護氣體通過整齊排列的直徑為O. 3mm的小洞保護激光焊熔池,流速為I. 75L/min。有益效果采用本發(fā)明的焊接方法對鎂基復合材料進行焊接,可以形成較好的焊縫,焊縫連續(xù)、完全熔透、呈魚鱗狀、接頭變形小,接頭強度最高可達80. 6Mpa,焊縫顯微硬度在18(T200HV ;而且本發(fā)明和傳統(tǒng)的焊接方法相比,具有輸入熱量低、熱影響區(qū)小、熔寬窄、 應力和形變小、焊接速度高等顯著優(yōu)點。


圖I為本發(fā)明中用到的夾具的主視圖。圖2為本發(fā)明中用到的夾具的俯視圖。圖3為本發(fā)明中在兩個試樣的焊接接縫處涂抹鋁粉漿料的示意圖。圖中標記為1、基板,2、夾板,3、螺釘,4、凸臺,5、V形凹槽,6、試樣,7、薄鐵片,8、 薄刮刀,9、鋁粉漿料。
具體實施例方式首先用線切割的方法將鎂基復合材料切割成20mmX60mm大小,厚I. 5mm的片狀板材試樣,然后用粗砂紙打磨試樣表面及焊接接縫以除去表面的氧化皮,使其光滑平整;再用丙酮清洗打磨后的試樣,除去油潰和打磨下的氧化皮,洗凈后,放通風處晾干;待試樣晾干后,進行裝夾試樣,裝夾過程中,在在夾具的夾板2和試樣6之間墊一層O. 2mm厚的薄鐵片
7,并超出夾板2內(nèi)側(cè)一部分,對齊兩個試樣6的焊接接縫后,固定夾板2,用薄刮刀8蘸取少量鋁粉漿料9涂抹在兩個試樣6的焊接接縫處,并用薄刮刀8刮磨平整,鋁粉漿料9的厚度與薄鐵片7的厚度相等,所用的鋁粉漿料由質(zhì)量濃度為4%的聚乙烯醇水溶液和200目的鋁粉混合調(diào)勻而成,鋁粉的加入量使?jié){料的粘稠程度為剛好能形成液滴;試樣裝夾完后,把整個夾具放入100°C的烘箱內(nèi)烘烤5分鐘取出,自然冷卻;然后調(diào)節(jié)激光焊機的參數(shù)設置對試樣進行激光焊接,其中焊接過程中采用熱傳導式焊接方法,試樣焊接接頭為對接型,光斑直徑I. 5mm,脈寬O. 5ms,激光脈沖頻率60Hz,焊接功率34(T360W,激光掃描速度30(T400mm/ min,保護氣為氬氣,氬氣流動渠道有兩個,一個與激光束同軸保護聚焦鏡頭,流速為I. 2L/ min,另一條保護氣體通過整齊排列的直徑為O. 3mm的小洞保護激光焊熔池,流速為I. 75L/min。焊接完后,得到了成形較好的焊縫,焊縫連續(xù)、完全熔透、呈魚鱗狀、接頭變形小, 接頭強度為70. 2 80. 6Mpa,焊縫顯微硬度為18(T200HV。
權利要求
1.一種鎂基復合材料焊接方法,其特征在于過程如下(1)、首先用線切割的方法將鎂基復合材料切割成20_1\60111111大小,厚1.5mm的片狀板材試樣,然后用粗砂紙打磨試樣表面及焊接接頭除去表面的氧化皮,使其光滑平整;(2)、用丙酮清洗打磨后的試樣,除去油潰和打磨下的氧化皮,洗凈后,放通風處晾干;(3)、待試樣晾干后,將兩個試樣裝夾在夾具上,在夾具的夾板和試樣之間墊一層O.2mm 厚的薄鐵片,對齊兩個試樣的焊接接縫后,固定夾板,然后用薄刮刀蘸取鋁粉漿料涂抹在試樣焊接接縫處,并刮磨平整,鋁粉漿料的厚度與薄鐵片的厚度相等;所述的鋁粉漿料由質(zhì)量濃度為4%的聚乙烯醇水溶液和200目的鋁粉混合調(diào)勻而成,鋁粉的加入量使?jié){料的粘稠程度為剛好能形成液滴;(4)、試樣裝夾完后,把其放入100°C的烘箱內(nèi)烘烤5分鐘后,取出自然冷卻;(5)、調(diào)節(jié)激光焊機的參數(shù)設置對試樣進行激光焊接,其中采用熱傳導式焊接方法, 試樣焊接接頭為對接型,光斑直徑I. 5mm,脈寬O. 5ms,激光脈沖頻率60Hz,焊接功率 34(T360W,激光掃描速度30(T400mm/min,保護氣為氬氣,其中與激光束同軸方向保護聚焦鏡頭的氬氣流速為I. 2L/min,保護激光焊熔池的氬氣流速為I. 75L/min。
2.如權利要求I所述的一種鎂基復合材料焊接方法所采用的夾具,其特征在于由一塊基板(I)和兩塊夾板(2 )組成,基板(I)水平設置,兩塊夾板(2 )平行設在基板(I)上,夾板和基板之間通過螺釘(3)連接,兩塊夾板(2)相對的側(cè)面的下部分別設有一個凸臺(4), 夾板(2)的厚度為2mm,凸臺(4)的厚度為O. 5mm,基板(I)的上表面還設有V形凹槽(5)。
全文摘要
一種鎂基復合材料焊接方法,涉及金屬復合材料的焊接方法,先是對焊接試樣進行焊前處理,包括打磨、清洗、裝夾,烘干幾個過程,采用激光焊焊接過程中,選用了合適的焊接工藝參數(shù),如光斑直徑1.5mm,脈寬0.5ms,激光脈沖頻率60Hz,焊接功率340~360W,激光掃描速度300~400mm/min。最終取得了較好的焊接結(jié)果,焊縫連續(xù)、完全熔透、呈魚鱗狀、接頭變形小,接頭強度最高可達80.6Mpa,焊縫顯微硬度在180~200HV。
文檔編號B23K103/16GK102601527SQ201210061030
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權日2012年3月9日
發(fā)明者李洛利, 李繼文, 王文焱, 王愛琴, 董曉明, 謝敬佩 申請人:河南科技大學
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