焊接参数对镁含量焊接性能的影响_柳治全.pdf

表 1焊接设备具体技术参数焊接参数对镁含量焊接性能的影响柳治全（武威天祝金强工业集中区管理委员会，甘肃武威733299）摘要：为进一步掌握焊接参数对镁含量合金焊接性能的影响，提高镁合金在工业中的应用量，以镁合金为母材和焊丝，通过构建实验方案选取合理的焊接设备，重点对双弧焊接工艺参数对焊缝的影响展开研究，重点考核主电流、旁路电流和焊接电压对焊缝形貌特征、抗拉伸强度等参数的影响。通过实验，得出了最佳的焊接参数，可为今后镁合金的焊接应用提供理论指导。关键词：镁合金；双弧焊接；抗拉伸强度；焊缝形貌特征；主电流中图分类号：TG146.22文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0056-020引言近年来，随着社会的发展，节能减排和环境保护已经成为当今社会的主体，碳钢材料被轻型金属材料取代，已经逐渐成为未来发展趋势。镁金属作为轻金属的代表之一，由于其优越的性能被广泛应用于汽车、电子制造等行业。虽然我国镁矿的储量较大，但是，由于针对镁合金焊接加工的工艺技术落后，目前，我国的镁合金大量用于出口。鉴于 TIG 和 MIG 焊接工艺的焊接速度快、成型质量高以及成本等优势，本文将开展 TIG 和 MIG 焊接工艺在镁合金焊接性能的研究，为后续提升镁合金的焊接工艺奠定基础。1实验方案设计本次实验所采用的母材和焊丝均是镁合金，具体型号为 AZ31B。母材为镁合金的薄板，长度为 165 mm，宽度为 50 mm，厚度为 2.3 mm。所采用的焊丝为镁合金焊丝，其直径为 1.2 mm。焊丝与母材中所含金属元素的主要成分包括有铝、锌、锰、铜、镍、硅和镁等。焊接时所采用的保护气体为氩气，其对应的纯度为 99.99。本次实验基于 TIG-MIG 双弧焊接工艺，对镁合金滤板进行焊接，涉及到的关键系统包括有 MIG 焊接电源、TIG 焊接电源、送丝机构、冷却水循环系统、焊接小车、保护气系统以及操作系统等。其中，MIG 焊接电源采用 NB-350IGBT 逆变式焊机，TIG 焊接电源采用型号为 WS-250S 的直流焊机。涉及到的实验设备具体参数如表 1 所示。在实验过程中需要完成焊前准备，并在焊接完成后进行处理。1）焊前清理：为避免镁合金表面的油污以及氧化膜等杂物对焊接质量的影响，在实验操作前需要对母材进行清洁处理。具体操作步骤为：采用钢丝清理镁合金薄板表面的氧化膜。先后采用 200 目、800 目和1 000 目的砂纸对镁合金薄板表面的氧化膜进行再次打磨，消除钢丝打磨时产生的划痕，避免焊接过程中出现应力集中的现象。采用丙酮溶液将镁合金薄板表面的油污清洗干净，并通过冷风吹干母材1-2。2）焊后处理：为了清晰地检测到金相试样的状况，需要对焊接后的样件进行打磨、抛光、腐蚀、清洗以及吹干等操作，再进行观测。由于镁合金具有较高的导热率，为了避免加工过程中其产生的热量对最终试件的焊缝造成影响，在实际加工过程中不可采用线切割的方式。在对镁合金试件进行打磨过程中，采用细绒布在水下进行操作，避免试件被氧化。同时，采用酒精进行抛光。根据实验要求，还需对样件进行腐蚀操作。采用酒精进行腐蚀，并对其进行吹干，然后再观测。所采用的腐蚀剂由 5 g 草酸、1 mL 硝酸和 100 mL水配制而成，腐蚀时间为 15 s。2主电流对镁合金焊接性能的影响本章重点对不同主电流下镁合金母材与焊丝焊接质量进行对比。所对比的主电流值分别为 210 A、220 A、230 A 和 240 A。旁路电流为 160 A，焊接电压收稿日期：2022-12-27作者简介：柳治全（1983），男，甘肃永登人，硕士，毕业于兰州理工大学材料加工工程专业，工程师，主要从事招商引资、项目建设、经济运行和循环经济等工作。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.021焊接技术参数焊接参数设置主电流/A210、220、230、240旁路电流/A140、150、160、170电压/V20、22、24、26焊接速度/（m min-1）2.5保护嘴到工件距离/mm18焊丝末端至工件的距离/mm5钨极末端至工件的距离/mm5焊丝末端至钨极末端的距离/mm2焊枪夹角/（）43保护气流量/（L min-1）20钇粉单位面积添加量/（mg cm-2）0.00、1.65、3.46、5.23、8.09碳化硅单位面积添加量/（mg cm-2）0.00、1.51、3.04、5.87、7.64试（实）验研究2023 年第 5 期表 2不同主电流对应焊缝的尺寸对比为 22 V。通过对比不同主电流下的焊缝形貌、焊缝尺寸以及拉伸性能等，判定焊接质量。2.1不同主电流对应焊缝形貌及尺寸对比不同主电流对应焊缝的形貌特征对比如图 1所示。对上述不同主电流的焊缝尺寸进行测量，重点对熔宽、熔深以及余高等尺寸进行测量，测量结果如表2 所示。综合对比图 1 和表 2 中的实验数据可知：随着焊机主电流值的增加，所对应的焊缝形貌由差变好、再变差。其中，主电流从 210 A 增加至 230 A 时，焊缝的鱼鳞纹较为明显，而且间隙相对均匀，整体来讲焊缝相对美观。当主电流为 240 A 时，焊缝的鱼鳞纹特征不明显，并且存在烧穿的现象发生。进一步观测可知，当主电流为 210 A 时，焊缝有焊瘤存在。当主电流为220 A 时，焊缝无明显的焊接缺陷，焊接质量最佳。当主电流为 230 A 时，焊缝的局部区域存在咬边现象。2.2不同主电流对试样拉伸性能的影响根据拉伸试样的实验需求，通过铣削工艺将试样加工为拉伸试件，并对其最大拉伸强度以及对应的断裂位置进行测试3-5，测试结果如表 3 所示。如表 3 所示，随着主电流的增加，对应试件的抗拉伸强度值先增大、后减小，抗拉伸强度的最大值为257.64 MPa。因此，针对镁合金母材的焊接要求，对应的最佳主电流值为 220 A。对不同焊接电压和旁路电流值对焊接性能的影响展开研究。针对焊接电压重点考察 20 V、22 V、24 V和 26 V，针对旁路电流重点考察 140 A、150 A、160 A和 170 A。通过实验得出，当焊接电压为 22 V、旁路电流为 160 A 时，对应焊缝的形貌特征最佳，对应焊缝的抗拉伸强度值最大。3结语由于焊接工艺及相关技术不足，导致镁合金的焊接质量和性能较差，无法满足实际应用要求。因此，开展镁合金的焊接性能及质量相关方面的研究非常有必要。本文重点通过实验，对比研究不同主电流、焊接电压以及旁路电流对试件焊接质量的影响。1）当主电流为 220 A 时，焊缝无明显的焊接缺陷，其焊接质量最佳，对应试件的抗拉伸强度值先增大、后减小，抗拉伸强度的最大值为 257.64 MPa。2）当焊接电压为 22 V 时，对应所得焊缝的成型质量最好，并且没有出现焊接缺陷。同时，焊接电压对焊件的拉伸性能影响不明显。3）当旁路电流为 160 A 时，对应焊缝的成型质量最好，而且鱼鳞纹的特征也最明显，可有效改善焊缝接头的组织形态。参考文献1武小娟，王忠堂，钱芳，等.镁合金薄板焊接性能研究J.轻合金加工技术，2009（8）：43-45.2齐朋展，徐锦锋，闫启栋，等.包芯线种类及芯料镁含量对球墨铸铁组织及性能的影响J.铸造，2020，69（8）：822-827.3王慧芳，龙思远，吴星宇，等.铁、镁含量及热处理对压铸铝硅合金组织和拉伸性能的影响J.机械工程材料，2016，40（2）：21-25.4陈星霖，罗兵辉，刘成.时效温度和镁含量对高镁铝合金微观组织和腐蚀性能的影响J.材料科学与工程学报，2009，27（4）：548-552.5章鸿.焊接热输入量对 AZ31B 镁合金焊接接头组织和性能的影响J.轻合金加工技术，2020，48（11）：61-64.（编辑：郭萍茹）（下转第 62 页）1-4主电流为 240 A图 1不同主电流对应焊缝的形貌特征对比1-1主电流为 210 A1-2主电流为 220 A1-3主电流为 230 A主电流/A熔宽/mm熔深/mm余高/mm2105.21.33.12205.72.32.22305.83.52.22405.83.91.5表 3不同主电流对应焊接试件的拉伸性能测试结果主电流值/A抗拉伸强度值/MPa断裂位置210235.25热影响区域220257.64热影响区域230246.71热影响区域240234.61焊缝区域柳治全：焊接参数对镁含量焊接性能的影响57山西冶金E-mail:第 46 卷The Effect of Welding Parameters on Welding Performance of Magnesium AlloyLiu Zhiquan（Wuwei Tianzhu Jinqiang Industrial Concentration Zone Management Committee,Wuwei Gansu 733299）Abstract:In order to further understand the influence of welding parameters on the welding performance of magnesium content alloys andimprove the application of magnesium alloys in industry.Using magnesium alloy as the base material and welding wire as the main object,areasonable welding equipment was selected through the construction of experimental plans to study the impact of dual arc welding processparameters on the weld seam.The focus was on the effects of main current,bypass current,and welding voltage on the weld seam morphologycharacteristics,tensile strength,and other parameters.Through experiments,the optimal welding parameters were obtained,providingtheoretical guidance for the future welding application of magnesium alloys.Key words:magnesium alloy;double arc welding;tensile strength;weld morphology characteristics;main current法和离子交换法对含铊废水进行处理，并对处理结果进行对比分析。结果显示：共沉絮凝法在含铊废水处理方面所取得的效果相对较优，且在成本上的优势也较为突出，适宜在后续的处理工艺中逐步推广应用。参考文献1王红吉，王昕，金忠.湿法炼锌工业含铊废水处理技术应用实践J.中国有色冶金，2022，51（3）：105-111.2段雄伟，周姣连，陈玉婷，等.铅冶炼含铊废水处理生产实践J.湖南有色金属，2022，38（1）：57-59；74.3伍思扬，卢然，王宁，等.我国钢铁行业废水铊污染现状及防治对策J.现代化工，2021，41（8）：12-15.4卢然，王夏晖，伍思扬，等.我国铅锌冶炼工业废水铊污染状况与处理技术J.环境工程技术学报，2021，11（4）：763-768.5张恒明.冶炼公司硫酸厂含铊废水深度处理中试研究J.硫酸工业，2021（3）：47-50.（编辑：郭萍茹）Study on Different Methods for Treating Thallium