渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目鎂和鎂合金的焊接工藝專業(yè)焊接技術(shù)及自動(dòng)化 姓名劉東洵 指導(dǎo)教師趙麗玲2014年06月06日渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院1緒論 42課題的背景 53材料介紹 64激光焊接技術(shù) 7 2)鎂合金與鋁合金的激光焊接 7 8 2)鎂合金的變極性等離子弧縫焊 9能耗激光誘導(dǎo)增強(qiáng)電弧復(fù)合焊接技術(shù) 91)同種鎂合金板材的焊接 92)同種鎂合金薄板的焊接 103)異種鎂合金板材的焊接 104)鎂合金與鋼異種金屬的焊接 11 2)鎂合金活性焊絲填絲焊接 128熔化膠接焊焊接技術(shù) 13 14渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院2)鎂合金與鋁合金的激光膠接焊 149鎂合金與鋁合金的擴(kuò)散焊接技術(shù) 15 6 13參考文獻(xiàn) 1914致謝 20渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院1.緒論近10年來，由于受到能源節(jié)約以及環(huán)境保護(hù)的巨大推動(dòng)，鎂合金及其焊接技術(shù)的發(fā)展比任何時(shí)期都快，從焊接方法、焊接材料到焊接設(shè)備等方面都不斷有新的突破，為鎂合金焊接生產(chǎn)向優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的方向發(fā)展提供了前所未有的良好條件，并大大促進(jìn)了鎂合金的鎂合金的結(jié)晶溫度區(qū)大，易于產(chǎn)生熱裂紋；鎂的沸點(diǎn)低，溫度進(jìn)一步升高后，其蒸氣壓比在相同溫度下的鋁合金要高4-5倍，因而焊接時(shí)溫度一旦過高，鎂會(huì)氣化，產(chǎn)生爆炸形成飛濺；接是比較困難的，在焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋、氣孔、飛濺等缺陷。但是由于工業(yè)的迫切需要，許多科學(xué)工作者做出了很大的努力，并取得了一些重要成果。渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車、摩托車、飛機(jī)的性能要求越來越高，降低結(jié)構(gòu)重量成為提高性能的重要措施。鎂及其鎂合金具有比重輕，比強(qiáng)度高，重復(fù)利用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被譽(yù)為二我國(guó)鎂資源儲(chǔ)備位居世界第一，同時(shí)也是界上最大的鎂生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)。前我國(guó)已占全低價(jià)出口，造成我國(guó)鎂資源的極大浪費(fèi)。隨著我國(guó)加入世貿(mào)組織以及國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)有焊接工藝存在的優(yōu)缺點(diǎn)，大連理工大學(xué)首次提出采用激光一電弧復(fù)合熱源焊接存在的不足，還能顯著增大焊接熔深、提高焊接質(zhì)量，是一種很有發(fā)展前途的焊接工藝。本文對(duì)比分析鎂合金氬弧焊、激光焊及激光一氬弧復(fù)合熱源焊焊縫成犁、接頭組織和力渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院眾所周知，由于鎂和鎂合金的焊接性能不好，所以，近年來，分別采用鎢極氬弧焊、激AZB織及性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氬弧焊的焊縫表面成型較好，但接頭深寬比小、熱影響區(qū)寬且組織晶粒粗大，試樣的抗拉強(qiáng)度較低；激光焊接頭深寬比大、幾乎不存在熱影區(qū)、組織晶粒細(xì)小、基本無焊接變形，試樣的抗拉強(qiáng)度較高；激光一氬弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)焊縫的表面成型接近氬弧焊，其深寬比及組織晶粒度接近于激光焊，且焊接變形小，接頭強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度接近母材。激光一氬弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)充分利用了激光和電弧相互作用的優(yōu)勢(shì)，克服了二者的不足，無渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院激光焊接作為一種先進(jìn)的連接技術(shù)，具有速度快、線能量低、焊后變形小、接頭強(qiáng)度高脆化和激光能量吸收率低等系列問題。圖2鎂合金激光焊接接頭組織2)鎂合金與鋁合金的激光焊接但其結(jié)合強(qiáng)度并不理想。造成這種結(jié)果的主要原因是兩種材料焊接時(shí)在熔池內(nèi)部形成了高硬度高脆性的金屬間化合物。渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院等離子弧(PlasmaArc)是一種受到約束的非自由電弧，溫度和能量密度都顯著高于普通電弧，是一種高效的焊接方法。采用變極性等離子弧焊接鎂合金時(shí)，可以在背面無墊板的2)鎂合金的變極性等離子弧縫焊渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院特征——背面熔透均勻，接頭的上下表面熔寬尺寸變化小，這將有利于減小應(yīng)力集中，改善接頭的性能。這種方法不僅提高了中厚度鎂合金板材的焊接質(zhì)量，還簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程、提高極性等離子縫焊焊縫宏觀組織低能耗激光誘導(dǎo)增強(qiáng)電弧復(fù)合焊接技術(shù)是在發(fā)現(xiàn)小功率激光誘導(dǎo)增強(qiáng)電弧的現(xiàn)象及規(guī)律鎂合金專用低能耗激光誘導(dǎo)增強(qiáng)電弧復(fù)合焊接設(shè)備及系列焊接材料。渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院對(duì)于1mm以下鎂合金薄板對(duì)接焊接的研究還很少，這一定程度上限制了鎂合金在特定場(chǎng)合的接鎂合金薄板的最佳參數(shù)。在該參數(shù)下成功實(shí)現(xiàn)了0.8mm鎂合金薄板的對(duì)接焊，單面焊雙面成型，焊縫成形連續(xù)、美觀，如圖10所示。對(duì)焊接接頭進(jìn)行拉伸強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果表明低功率采用低能耗激光誘導(dǎo)增強(qiáng)電弧技術(shù)進(jìn)行了異種鎂合金之間的焊接性研究，主要研究了渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院同以及低能耗激光電弧復(fù)合焊接工藝參數(shù)的選擇有關(guān)圖11AZ31鎂合金與AZ61、AZ91鎂合金低能耗激光電弧復(fù)合焊接接頭形貌拉伸試驗(yàn)結(jié)果如圖12所示，采用低能耗激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)所獲得的AZ31鎂合金與AZ61和AZ91焊接接頭的抗拉強(qiáng)度均達(dá)到AZ31鎂合金母材強(qiáng)度的95%以上，完全能夠滿足實(shí)際圖12AZ31鎂合金與AZ61、AZ91鎂合金低能耗激光電弧復(fù)合焊接接頭抗拉強(qiáng)度4)鎂合金與鋼異種金屬的焊接鎂合金應(yīng)用的主要推動(dòng)力是在汽車工業(yè)中的應(yīng)用，而鋼材是汽車中應(yīng)用最為廣泛的材料之一。因此，把鎂合金與鋼有效的連接起來，能進(jìn)一步拓寬鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域，并且能夠有鎂、鋼異種金屬連接存在很多問題。鎂和鋼熔點(diǎn)差異大，使其很難在熔焊過程中同時(shí)達(dá)渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院GG41)錢合金活性焊接活性(A-TIG)焊接法是在焊前將母材表面涂覆上一層活性劑，在相同的焊接規(guī)范下，同2)錢合金活性焊絲填絲焊接渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院可以實(shí)現(xiàn)熔滴順利過渡到焊接熔池，同時(shí)活性劑起到增加焊接熔深的作用，是一種理想的鎂的焊接熔深和普通焊絲的焊接熔深相比)可達(dá)300%以上。當(dāng)焊接電流為90A時(shí)，采用復(fù)合活ab.試板表面涂覆活性劑填充普通焊絲焊接熔化膠接焊焊接技術(shù)針對(duì)目前對(duì)異種金屬材料連接技術(shù)的迫切需求，提出一種“熔焊-膠接”(即膠焊)連接結(jié)合”與膠接的“面結(jié)合”的相互促進(jìn)，接頭綜合性能顯著提高，為今后異種材料的連接提1)鎂合金等離子弧膠接焊采用等離子弧膠焊技術(shù)對(duì)同種鎂合金板材進(jìn)行焊接性試驗(yàn)，探索了等離子弧膠焊技術(shù)的工藝特點(diǎn)，分析了焊縫的組織和性能，對(duì)進(jìn)一步研究等離子弧膠焊技術(shù)的工藝特點(diǎn)有著重要渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院等離子弧膠焊技術(shù)是一種新型的焊接方法，它采用了將等離子弧焊接工藝與粘接工藝相復(fù)合的方法對(duì)工件進(jìn)行連接。等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，對(duì)焊件加熱集中，熔透能此外，等離子弧對(duì)焊件的熱輸人較小，焊縫截面形狀較窄，深寬比大，呈“酒杯”狀。熱影響區(qū)窄，其焊接變形也小。膠接接頭應(yīng)力分布均勻，無應(yīng)力集中，密封性好。膠接可取消機(jī)械緊固件(如螺釘、螺母等)，不需要聯(lián)接孔，不會(huì)減少材料的有效橫截面積，可充分利用材不開坡口、無背面強(qiáng)制成形保護(hù)條件下，進(jìn)行鎂合金等離子弧膠焊試驗(yàn)，焊縫橫截面見圖19裂紋等明顯缺陷。力學(xué)性能分析顯示，等離子弧膠焊接頭的失效載荷較等離子弧焊和膠接接頭有明顯提高。在加載相同載荷的情況下，等離子弧膠焊接頭的熱裂傾向小。2)鎂合金與鋁合金的激光膠接焊高焊接接頭的強(qiáng)度。在激光膠接焊過程中，膠層對(duì)整個(gè)焊接熔池產(chǎn)生了很大的影響。它不僅改變了整個(gè)熔池的流動(dòng)形式，還直接影響了焊接過程中的熱量傳遞，進(jìn)而改變了傳統(tǒng)意義上的激光焊接過程。焊接結(jié)構(gòu)示意圖如圖20所示，在搭接區(qū)域涂刷一層厚度為0.1mm的膠層。焊接接頭的宏觀形貌如圖21所示。測(cè)量鎂鋁異種金屬激光膠接焊接接頭力學(xué)性能，其綜合力學(xué)性能達(dá)到鎂合金母材的90%以上，能夠基本滿足目前針對(duì)鎂鋁連接強(qiáng)度的需求。渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院9．鎂合金與鋁合金的擴(kuò)散焊接技術(shù)屬的擴(kuò)散焊連接是異質(zhì)金屬連接的有效辦法?？梢酝ㄟ^調(diào)整中間層的成分來實(shí)現(xiàn)對(duì)接頭組織過渡金屬的添加提高M(jìn)g/Al擴(kuò)散焊接頭剪切強(qiáng)度的原因。試驗(yàn)采用的母材為6061鋁合金和金中間過渡金屬的Mg/Al擴(kuò)散焊接頭剪切強(qiáng)度可達(dá)到100MPa。究其原因是由于鎂鋁的直接擴(kuò)散焊接頭組織由網(wǎng)狀的共晶形貌變成由過飽和鎂基固溶體和具有彌散第二相富Al顆粒分布的中間相組成。中間過渡金屬的添加有效地避免了鎂鋁基體的直接接觸，同時(shí)產(chǎn)生的顆粒在技術(shù)發(fā)明以來一直是人們研究的熱點(diǎn)之一。所謂電弧噴涂是將兩根被噴涂的金屬絲作為自耗性渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院霧化，以一定的速度撞擊基體形成涂層的過程。采用電弧噴涂方法可以對(duì)焊接接頭進(jìn)行整體防護(hù)，適用于同種及異種金屬焊接接頭的防護(hù)。分析了鎂合金電弧噴涂的工藝特性及其噴涂后處理工藝，并開發(fā)了一種鎂鋁偽合金涂層。在鎂合金基體表面噴涂純鋁涂層，以提高其耐涂層的形成過程決定了涂層表面及內(nèi)部存在一定數(shù)量的孔隙，無法避免的孔隙成為點(diǎn)蝕的發(fā)源地。為進(jìn)一步提高涂層的耐蝕性，涂層的封孔后處理成為一道必不可少的工序。為了滿足特殊行業(yè)的需求采用導(dǎo)電封孔處理。在有機(jī)封孔劑環(huán)氧樹脂中摻入金屬填料，構(gòu)成摻合型導(dǎo)電涂料，完成純鋁涂層的導(dǎo)電封孔工藝，同時(shí)研究有機(jī)導(dǎo)電封孔的耐蝕性。導(dǎo)電封孔示層相比，表現(xiàn)出良好的耐蝕性。探索了采用異質(zhì)金屬絲材進(jìn)行電弧噴涂的可行性，采用鎂絲和鋁絲作為兩根噴涂絲材，在鎂合金表面制備金屬間化合物涂層，以提高鎂合金的耐蝕性、耐磨性、高溫強(qiáng)度和抗氧化滑均勻，顆粒細(xì)小，沒有未熔化充分的金屬顆粒，表面孔隙也很小。gAlO24渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院在汽車等交通領(lǐng)域蘊(yùn)藏著巨大的應(yīng)用潛力。目前,歐洲和美國(guó)汽車每輛汽車使用鎂合金零件5.8-23.6kg，我國(guó)汽車單車用量不到10kg，其中鎂合金焊接技術(shù)是實(shí)現(xiàn)鎂合金汽車零部件大量應(yīng)用的主要關(guān)鍵技術(shù)難題。通過“十五”和“十一五”的技術(shù)攻關(guān)，我國(guó)已經(jīng)解決了鎂合金與鎂合金的連接問題，已經(jīng)開發(fā)出了鎂合金自行車焊接結(jié)構(gòu)件、摩托車焊接結(jié)構(gòu)件(如圖中國(guó)汽車產(chǎn)量的結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向是轎車占汽車總量的比重增加，低排放、低污染、節(jié)能油門踏板等在國(guó)產(chǎn)汽車領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。隨著復(fù)雜結(jié)構(gòu)鎂合金車輛結(jié)構(gòu)件及相關(guān)鎂合金渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院供了更廣闊的應(yīng)用天地。鎂合金的焊接尚有許多技術(shù)難題等待我們?nèi)パ芯拷鉀Q，從而為鎂合，促進(jìn)鎂合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院時(shí)光飛逝，轉(zhuǎn)眼間已經(jīng)在渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院內(nèi)學(xué)習(xí)了兩個(gè)春秋，這兩年是我人生中重要的兩年，是難以忘卻的兩年，是影響我一身的兩年，在畢業(yè)即將來臨之際，心里的感激之情難以言表，我不舍得離開生活兩年的校園，不舍得離開生活在一起的同學(xué)們，不過這一切結(jié)束是必然的，只能把這一切當(dāng)作一個(gè)美好的回憶。經(jīng)過三個(gè)月的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾