一種消除鎂合金焊接氣孔的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種消除鎂合金焊接氣孔的方法，屬于材料加工工程領域。
【背景技術】
[0002] 鎂合金作為最輕的金屬結構材料，具有很高的比強度、比剛度、以及彈性模量低、 電磁屏蔽能力強等優(yōu)點，和輕質美觀等優(yōu)越性能，是21世紀的綠色環(huán)保材料。鎂合金是實際 應用中最輕質的金屬工程結構材料。近年來，鎂合金在世界范圍內的年增長率高達20%，應 用前景十分可觀。目前，鎂合金由于在實現(xiàn)輕量化、降低能源消耗、減少環(huán)境污染等方面具 有顯著作用，在國防軍工、汽車、航空航天、電子、機械等工業(yè)領域以及家庭用品和運動器材 等領域正得到日益廣泛應用。
[0003] 目前針對鎂合金焊接應用的焊接方法主要有鎢極惰性氣體保護焊(TIG)、熔化極 惰性氣體保護焊(MIG)、攪拌摩擦焊(FSW)、摩擦焊(FW)、激光焊(LBW)、電子束焊(EBW)和電 阻點焊(RSW)等。其中鎢極氬弧焊、激光焊等具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻们熬?。但由于鎂合 金的自身特性使鎂合金在焊接過程中會產生一系列的困難，如壓鑄鎂合金，焊接氣孔主要 來自于母材在壓鑄過程中形成的彌散分布的顯微氣縮孔，材料中存在的大量原始氣體在焊 接工藝條件下膨脹、長大、合并以及上浮，對焊縫氣孔的抑制產生不利的影響。焊縫中存在 的氣孔會減少承載面積，并發(fā)展成為裂紋源，顯著降低焊縫力學性能。
[0004] 目前，采用傳統(tǒng)方法進行鎂合金薄板焊接存在以下一些問題：
[0005] (1)鎢極惰性氣體保護焊的焊接速度小，效率低，且鎂合金TIG焊接過程中容易形 成氣孔，由于鎂合金的傳熱較快，冷卻速度大，氣泡溢出和上浮時間短，于是殘留在焊縫中 形成缺陷；
[0006] (2)激光焊焊接速度快，效率高，但由于其匙特性導致在焊接過程中還可能生成工 藝類氣孔，由于其冷卻速度較快，熔池范圍小，氣泡難以溢出。
[0007] 目前超聲輔助焊接主要集中于在母材上施加超聲振動，用以細化晶粒（如專利 200410009170.2);另外一方面的應用則是與電弧進行耦合，使電弧收縮，達到加大熔深的 目的（如專利200710144659.4)。但這兩種應用對氣孔作用較弱，不能明顯消除鎂合金TIG焊 尤其是激光-TIG復合焊的氣孔。

【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明為了解決上述存在的問題，而提出了一種消除鎂合金焊接氣孔的方法一超 聲輔助激光與超聲輔助TIG復合焊接方法。
[0009] 本發(fā)明旨在焊接鎂合金薄板（S8mm)，采用超聲輔助激光與TIG復合焊接的方法， 即在焊接時，同時將激光頭、TIG焊槍與超聲進行復合，并進行單層焊接得到符合要求的焊 縫，其示意圖如圖1所示。在對接無間隙的兩鎂合金薄板上進行焊接，激光束及TIG焊槍位于 兩平板接縫處，為避免鎂合金反射激光，將激光進行一定角度傾斜(5°~15°)。通過超聲換 能器將超聲電源輸出的電信號轉換成機械振動，最后通過超聲變幅桿分別傳遞給激光工作 頭與TIG焊槍，從而實現(xiàn)對激光和電弧的振動。變幅桿振動模式為縱振，由圖1可知激光振動 方向垂直焊接方向而電弧振動方向平行于焊接方向。鎢極頂端相對激光束焦點位置保持不 變，電弧與激光垂直于焊接方向橫向振動，激光的振動使匙孔開口擴大，減少匙孔坍塌型氣 孔的產生，電弧位于后方加熱及振動，使得熔池冷卻速度減小并對熔池進行攪拌，促進氣孔 破碎及溢出，通過激光及焊槍的移動或工件的移動皆可完成焊接。
[0010] 本發(fā)明的一種消除鎂合金焊接氣孔的方法，它是按照以下步驟進行的：
[0011] 步驟一:將待焊接工件的待焊接部位兩側表面進行打磨或清洗；
[0012] 步驟二:將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上，將激光頭與TIG焊槍 采用夾具分別固定，并與超聲變幅桿連接；
[0013] 步驟三:設置工藝參數(shù):離焦量為-3~+3mm，激光功率為3000~5000W，電弧電流為 50~100A，激光電弧間距為3~6mm，焊接速度為1~3m/min;
[0014] 輔助激光超聲振動頻率為10kHz~1MHz，振動幅度為Ιμπι~20μπι;
[0015] 輔助TIG超聲振動頻率為10kHz~1MHz，振動幅度為Ιμπι~20μπι;保護氣采用Ar氣， 流量為20~40L/min;
[0016] 步驟四：在實際焊接過程中，采用機器人集成系統(tǒng)控制焊接工藝參數(shù)，首先TIG電 弧起弧，然后電弧穩(wěn)定1~2S后激光器控制發(fā)出激光，然后施加超聲振動，最后控制機器人 使得激光工作頭和TIG焊槍共同運動完成焊接過程。
[0017] 本發(fā)明相比于傳統(tǒng)鎂合金焊接主要有以下幾點優(yōu)勢：
[0018] 1、相比于傳統(tǒng)電弧焊等，顯著提高效率，大幅度提高焊接速度，超聲輔助電弧焊焊 接速度一般小于lm/min，本發(fā)明的焊接速度可達到3m/min，降低了生產成本。減少熱輸入， 且由于超聲振動的加入，可以防止更多的氣孔在焊縫內聚集并長大；
[0019] 2、相比于單激光焊接，通過超聲TIG的輔助，延長熔池冷卻時間，振動并攪拌熔池 促進氣泡溢出，從而抑制氣孔缺陷，提高了焊縫的力學性能，其抗拉強度可提高20%以上， 達到母材抗拉強度的80%以上。
[0020] 3、相比于超聲輔助電弧焊，可有效提高焊接效率并消除氣孔。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明超聲TIG輔助激光焊接主視圖的示意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明超聲TIG輔助激光焊接俯視圖的示意圖；
[0023]圖3為實施例1的焊縫正面宏觀電鏡圖；
[0024] 圖4為實施例1的焊縫縱剖圖電鏡圖；
[0025] 圖5為實施例2的焊縫正面宏觀電鏡圖；
[0026] 圖6為實施例2的焊縫縱剖圖電鏡圖；
[0027] 圖7為實施例3的焊縫正面宏觀電鏡圖；
[0028] 圖8為實施例3的焊縫縱剖圖電鏡圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0029] 一:本實施方式的一種消除鎂合金焊接氣孔的方法，它是按照以下 步驟進行的：
[0030] 步驟一:將待焊接工件的待焊接部位兩側表面進行打磨或清洗；
[0031] 步驟二:將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上，將激光頭與TIG焊槍 采用夾具分別固定，并與超聲變幅桿連接；
[0032] 步驟三:設置工藝參數(shù):離焦量為-3~+3mm，激光功率為3000~5000W，電弧電流為 50~100A，激光電弧間距為3~6mm，焊接速度為1~3m/min，輔助激光超聲振動頻率為10kHz ~1MHz，振動幅度為Ιμπι~20μηι;
[0033] 輔助TIG超聲振動頻率為10kHz~1MHz，振動幅度為Ιμπι~20μπι;保護氣采用Ar氣， 流量為20~40L/min;
[0034] 步驟四：在實際焊接過程中，采用機器人集成系統(tǒng)控制焊接工藝參數(shù)，首先TIG電 弧起弧，然后電弧穩(wěn)定1~2s后激光器控制發(fā)出激光，然后施加超聲振動，最后控制機器人 使得激光工作頭和TIG焊槍共同運動完成焊接過程。
【具體實施方式】 [0035] 二:本實施方式與一不同的是:激光焊接的激光器為 C02氣體激光器、YAG固體激光器、半導體激光器或光纖激光器。其它與一相 同。
[0036]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟三中的工藝參數(shù)： 離焦量為-3~+ 3mm，激光功率為3500~5000W，電弧電流為70~100A，激光電弧間距為3~ 5mm，焊接速度為1~3m/min，輔助激光超聲振動頻率為10kHz~1MHz，振動幅度為5μηι~20μ m；
[0037] 輔助TIG超聲振動頻率為10kHz~1MHz，振動幅度為5μπι~20μπι;保護氣采用Ar氣， 流量為20~40L/min。
[0038] 其它與【具體實施方式】一相同。
【具體實施方式】 [0039] 四：本實施方式與一不同的是:步驟三中的工藝參數(shù)： 離焦量為-3~+ 3mm，激光功率為4000~5000W，電弧電流為80~100A，激光電弧間距為3~ 5mm，焊接速度為1~2m/min，輔助激光超聲振動頻率為10 kHz~1MHz，振動幅度為ΙΟμπι~20μ m；
[0040] 輔助TIG超聲振動頻率為10kHz~1MHz，振動幅度為ΙΟμπι~20μπι;保護氣采用Ar氣， 流量為20~40L/min。
[0041] 其它與【具體實施方式】一相同。
[0042]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟三中的工藝參數(shù)： 離焦量為-3~+ 3mm，激光功率為4500~5000W，電弧電流為90~100A，激光電弧間距為3~ 4mm，焊接速度為1~2m/min，輔助激光超聲振動頻率為10 kHz~1MHz，振動幅度為15μηι~20μ m；
[0043] 輔助TIG超聲振動頻率為10kHz~1MHz，振動幅度為15μπι~20μπι;保護氣采用Ar氣， 流量為20~40L/min。
[0044] 其它與【具體實施方式】一相同。
【具體實