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