[發明專利]一種鎂基復合材料焊接方法

無效

• 申請號: 201210061030.4
• 申請日: 2012-03-09
• 公開（公告）號: CN102601527A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 王文焱;謝敬佩;董曉明;王愛琴;李洛利;李繼文
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: B23K26/24
• 分類號: B23K26/24;B23K26/32;B23K26/42;B23K103/16
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 苗強

技術領域

本發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和良好的尺寸穩定性，可以用于高性能汽車零部件的制造，滿足汽車減重節能的要求，同時在航空航天領域，已成功地用于制作人造衛星支架、L頻帶平面天線、空間望遠鏡、人造衛星拋物面天線等，是21世紀重點發展的新材料。然而，鎂基復合材料構件制造中必須面臨到焊接的問題，這是現代制造業所面臨的全新課題。

鎂是活性最大的金屬，其熔點(651℃)和沸點(1107℃)低，在熱加工過程中，容易出現氧化、吸氣，揮發、燃燒（在空氣中加熱到550℃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、熱影響區大、熔區寬、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。

發明內容

為了解決目前鎂基復合材料存在的上述焊接問題，本發明提供一種鎂基復合材料激光焊的焊接方法，并優化焊接工藝參數，最終達到了良好的焊接結果。

本發明的技術方案為：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20mm×60mm大小，厚1.5mm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，除去油漬和打磨下的氧化皮，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域，特別是焊接接縫處，以免對焊接產生不良影響；

d.烘干

試樣裝夾完后需要烘干，把整個夾具放入100℃（溫度過高會使復合材料氧化）的烘箱內烘烤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0.2mm厚的薄鐵片，并超出夾板內側一部分，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。所用鋁粉漿料由質量濃度為4%的聚乙烯醇水溶液和200目的鋁粉混合調勻而成，鋁粉的加入量使漿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0.5mm，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，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0.3mm的小洞保護激光焊熔池，流速為1.75L/min。

有益效果：采用本發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、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；而且本發明和傳統的焊接方法相比，具有輸入熱量低、熱影響區小、熔寬窄、應力和形變小、焊接速度高等顯著優點。

附圖說明

圖1為本發明中用到的夾具的主視圖。

圖2為本發明中用到的夾具的俯視圖。

圖3為本發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。

具體實施方式