浅述合金焊接材料的选择与焊接工艺技术

浅述合金焊接材料的选择与焊接工艺技术

谷孝伟

身份证号：13022119780818XXXX

摘要：随着社会经济的快速发展，社会对合金焊接材料的选择以及焊接工艺技术的要求越来越高，不仅能够增加机械设备的可靠性能，更能有效的提高机械设备的安全性能。

关键词：合金焊接材料；焊接工艺；焊接方法

引言

合金焊接材料的选择与焊接工艺技术是影响机械设备整体构造的关键环节，影响着机械整体安全性能，尤其是对用于的体验使用有着显著的影响作用。因此，加强合金焊接材料的选择与焊接工艺技术的研究是提高汽车整体流线感的基础，这就要求焊接工人在开展工作中必须严格按照施工要求进行车架焊接，可以有效的控制焊接过程中出现的变形等问题，对提高焊接工艺技术的整体效果积极作用。

1镁合金的性质

纯镁的力学性能很低,不能直接用作结构材料,向镁中加入一些合金元素,即镁的合金化是实际应用中最基本、最常用和最有效的强化途径,而其它强化方法往往都首先建立在镁的合金化基础上。镁合金与镁一样,其最大的优点是密度小,约为铝的2/3,钢铁的1/4;具有较高的比强度,其比刚度与铝合金和钢相当。镁合金的力学性能优良,具有良好的切削加工性能和铸造性能。镁合金的电磁屏蔽性能较好,既是优异的导体,又具有优异的电磁屏蔽性。镁合金还具有其它一些优良性质,如:吸震性好,有利于减震和降噪;可回收性能好,符合环保要求;尺寸稳定性高。镁合金材料已广泛应用于汽车、电子、3C等相关行业。镁合金产品广泛应用于汽车始于20世纪90年代,目前,汽车工业中镁合金用量较多的地区和国家主要是北美、欧洲、日本和韩国,预计年增长率将达到20%。国外在汽车上大规模应用镁合金生产的零部件已超过60种,如驾驶盘、仪表盘框架、变速箱、发动机零件、座椅架、离合器外壳等等。镁合金的标记方法有多种,其中以美国试验与材料学会(ASTM)标准的标记规则应用最为广泛,目前我国的镁产品出口也是采用ASTM标准的标记规则,所以本文的镁合金牌号均采用ASTM标准。目前工业上生产的基本合金系列基于以下主要合金元素:锰、铝、锌、错和稀土金属。他们可以分为以下合金系列:镁一锰,镁一铝一锰,镁一铝一锌一锰,镁一错,镁一锌一错,镁一稀土金属一错,镁一银一稀土金属一错,镁一忆一稀土金属一错。上述合金系列通常可分为含有铝合金元素或不含铝合金元素两种类型。商业上最早应用的合金元素为铝、锌和锰,并且镁一铝一锌一锰合金系仍然是当今最广泛应用的镁合金。本文采用的主要焊接板材即为该系列的AZ31镁合金板材。在镁一铝一锌一锰系列镁合金中,铝在473℃下在镁中的最大固溶度为12.7%,在室温下降低到约2%。

2镁合金的焊接特点

镁合金的熔点低、导热快,焊接时焊缝及近缝区金属容易过热,造成晶粒粗大现象。镁合金还具有高的蒸汽压、低的表面张力等性质,在焊接过程中易产生咬边、下塌等缺陷。由于镁合金的化学性质极其活泼,高温下容易氧化,易生成氧化镁似90),氧化镁熔点高(2500℃),密度大(3.2留c扩),在熔池中易形成细小片状的固态夹渣,降低焊缝的性能。在高温下,镁还容易和空气中的氮化合生成镁的氮化物,使接头性能变坏。镁的沸点低,因此在焊接时蒸发严重。镁合金的线膨胀系数大,约为钢的2倍,铝的1.2倍,因而焊接热应力大,使得镁合金在焊接过程中容易产生变形、裂纹等缺陷。

3机械设备焊接工艺要点分析

3.1骨架结构材料的选择

骨架结构材料的选择要充分考虑设备的载荷量，根据设计载荷量选取最适宜的骨架结构材料，一般选用Q235A、16Mn低合金钢等材料。上述材料具有厚度适中，焊接性能好的特点，能够满足设备骨架焊接需求以及设备对结构材料的基本要求[2]。此外，上述材料的设备骨架焊接过程中不需要经过热处理就可以完成相应的焊接工作，因此在焊接后期产生的收缩力较小，且在焊接过程中材料产生的裂纹或者气泡极少，对焊接技术的要求较低。因此，Q235A、16Mn低合金钢等材料在设备骨架焊接中具有广阔的应用前景。

3.2确定合理的焊接顺序

前文已述及，设备骨架的节点数目极为庞大，其节点及焊接缝多达几百处，而且焊接缝的位置并不是完全对称的，因此，为了方便后期焊接处理以及提高焊接质量，需要制定一套焊接顺序工艺。一般情况下，设备骨架焊接顺序由中间向车架两头焊接和对称性焊接两种类型，至于具体使用哪种焊接顺序，需要结合设备骨架的基本组构选择，但无论选用哪种焊接顺序，必需严格按照工艺流程中的焊接顺序，才能有效的降低设备骨架焊接形变量，提高设备骨架焊接质量。3.3控制接头焊接后应力的变化设备骨架在焊接过程中接头会受热，接头受热后会产生一定的变化，导致车架整体形变量的累计增加以及焊接接头处应力之间的变化，进而影响设备骨架焊接的整体质量。针对接头处焊接后应力变化的问题，可以在满足车架技术参数的基础上尽可能的降低接头焊接后应力解决。

4焊接头断接的试验方法

电化学腐蚀试验方法作为一种评价金属表面抗腐蚀能力强弱的试验方法,具有腐蚀周期短、操作方便及结果的可靠性等优点,已被大多生产科研单位用来做产品腐蚀性能评定。电化学腐蚀设备通过对表面进行微区扫描、数据采集、综合分析可以得出表面腐蚀电位的高低、表面腐蚀电流的大小,从而可以方便的进行抗腐蚀能力大小的比较。大部分焊缝会在许多腐蚀介质场合被腐蚀进而造成破坏,因此,通过电化学腐蚀试验分析了AZ31镁合金焊缝的耐蚀性。本章用电化学腐蚀设备恒电位仪PGASI'A1,30进行测量焊缝表面。但焊缝表面的测量不能同其它金属测量那样,暴露出被测表面,最后通过测试结果得出金属每年的腐蚀损耗量。焊接焊缝区域为狭窄的不规则形状,同时可能有缝隙腐蚀的干扰,这成为试验过程中的难点。试验过程中,通过先用焊锡将导线焊在试样的背面以保证试样导电,再用胶带粘住焊缝被测区域,最后用绝缘漆裹住整个试样的外表面,保证绝缘。待外层绝缘漆干燥后取下胶带,避免了缝隙腐蚀和其它部分的干扰,解决了上述难题。根据法拉第定律,对于电化学本质的腐蚀过程,可用电流来表示腐蚀速度;而极化电位则是控制腐蚀反应的原定律。极化曲线就是表征腐蚀速度与原动力之间关系的电流一电位曲线,也包括恒电位下的电流一时间曲线及恒电流下的电位一时间曲线。本试验电化学腐蚀性能测试所用仪器为PGASI'A1,30型恒电位仪,采用三电极体系,饱和甘汞电极为参比电极,铂电极为辅助电极,工作电极为5~、20~的AZ31镁合金,非工作面用绝缘漆封装。试验前,电极工作面用水磨砂纸逐级打磨至1200号,用蒸馏水冲洗,丙酮除油。试验溶液介质选用质量分数为3.5%的NaCI溶液,试验所用药品NaCI为分析纯,溶液使用蒸馏水配制。试验在室温下进行,扫描速度为1mV/s,试验前将试样在溶液中浸泡3min后开始,以使腐蚀溶液均匀、稳定的浸入试样被测表面中。测示电流的变化并进行电流、电位的数据采集,通过数据处理得到电流与电位变化的几免l曲线图。扫描电位范围为一2.5~0V。

结语

综上所述，设备骨架的焊接问题是影响机械设备整体性能以及用于体验效果的影响因素之一，骨架焊接质量的高低对机械设备的使用寿命以及安全性能影响明显。因此，加强设备骨架焊接工艺的研究工作有助于提高设备骨架焊接性能以及安全性能，进而提高机械设备整体的安全性能。

参考文献

[1]李持生.设备骨架焊接工艺和工装设计探析[J].企业技术开发,2018,37(12):81-83.

[2]史东杰,贾世川,刘翰志,彭雷,刘攀.某车型车架焊接开裂问题分[J].汽车工艺与材料,2016(01):34-36.