基于低频磁控TIG焊的镁合金焊接工艺参数优化

针对镁合金低频磁控钨极氩弧焊(Tungsten Inert Gas,TIG)焊接过程的非线性、复杂性以及工艺参数对焊接性能影响的时变性,提出了一种应用BP神经网络遗传算法寻优算法(BPNN-GA)构造低频磁控TIG焊过程工艺参数优化模型,并对镁合金低频磁控TIG焊过程的实验数据进行训练拟合,实现了对镁合金低频磁控TIG焊过程工艺参数优选模型的良好预测,并得到了优化工艺参数及其对应的优化力学性能指标(抗拉强度、伸长率和断面收缩率)。结果表明,BPNN-GA复合算法是一种有效的预测和优化镁合金低频磁控TIG焊过程工艺参数优选模型的方法,对镁合金高质量焊接具有实际指导意义。     

镁合金磁控TIG焊工艺参数的优化设计

在AZ31镁合金的TIG焊过程中施加交流纵向磁场,通过调节磁场参数和焊接参数进行施焊.为了研究磁场参数与焊接工艺参数联合作用下镁合金焊接接头组织性能的变化规律,简化试验步骤,采用正交试验对磁场参数和焊接工艺参数进行设计,并对不同参数下焊接接头的显微组织、硬度和拉伸性能进行分析,确定最佳参数匹配.结果表明,当焊接电流为80 A,磁场电流为2 A,磁场频率为20 Hz时,镁合金焊接接头的力学性能达到最佳值.     

磁控TIG焊接技术的研究现状及展望

介绍了TIG焊接施加外来磁场的主要分类、工作原理和国内外发展现状,归纳了该技术面临的主要问题,并对其发展前景进行展望。     

焊接电流变化对镁合金TIG焊接的影响

采用TIG焊接方法焊接AZ31B镁合金,采用宏观分析、显微组织、显微硬度、拉伸强度等分析方法对研究了焊接电流对镁合金焊接接头微观组织和力学性能的影响。结果表明:随着焊接电流的增加,镁合金焊接接头拉伸强度先增加后减小,焊接电流为110 A时达到最大值193 MPa。镁合金焊接接头热影响区和熔合区显微硬度随焊接电流增加逐渐降低,晶粒尺寸逐渐增大。焊缝熔宽随焊接电流增大逐渐增加,焊缝深宽比先增加后减小。     

AZ31B镁合金薄板TIG焊接

镁合金具有比重轻、比刚度和比强度高、阻尼减震性好以及易于机械加工等优点 ,在航空航天、汽车、摩托车等领域具有广阔的应用前景。但由于镁合金具有熔点低、线膨胀系数及导热系数高 ,导致镁合金在焊接过程中容易出现氧化燃烧、裂纹以及热影响区过宽等问题 ,难以获得与母材性能相匹配的焊接接头。本文对AZ31B镁合金薄板TIG焊工艺和提高镁合金焊接接头性能的有效途径进行了探索 ,为加快镁合金结构件的广泛应用提供理论基础和技术依据。1　焊接试验1.1　工艺准备本试验采用板厚为 1.6mm的AZ31B镁合金作为焊接材料 ,其化学成分见表 1,对变…     

镁合金活性TIG焊焊接接头组织特征分析

对活性化焊接(A-TIG)方法在镁合金焊接中的应用进行了初步的探讨。选取TiO2作为活性剂，研究了单一活性剂TiO2对镁合金焊接后微观组织的影响。试验结果表明，涂敷单一活性剂TiO2可以使焊缝熔深比常规的TIG焊增加2倍。与未涂敷活性剂的焊缝相比，涂敷TiO2活性剂可以增大焊接的熔深，减小熔宽。     

厚板TC4钛合金磁控窄间隙TIG焊接工艺

采用磁控窄间隙TIG焊接方法焊接30 mm和100 mm厚TC4钛合金。在不同磁感应强度下进行焊接,焊后分析接头微观组织,研究磁场对焊缝组织的影响。研究接头典型缺陷,分析电弧摆动和电极位置对焊缝成形的影响,测试接头的力学性能。结果表明,外加磁场有细化晶粒的作用,焊缝中针状马氏体的尺寸显著下降;外加磁场可以有效避免侧壁熔合不良的问题,获得侧壁熔合良好的接头;为了获得均匀的侧壁熔深,需要严格控制电极处于间隙中心位置上;焊接接头力学性能良好,接头强度不低于母材强度的96%。     

镁合金 TIG 焊接接头组织和力学性能分析

应用交流TIG焊对镁合金板材进行焊接,对焊接接头进行组织观察和力学性能测试.结果表明,焊缝区为细小的等轴晶粒,热影响区晶粒粗大,拉伸断裂多发生在晶粒粗大的热影响区.     

AZ31B镁合金TIG焊接工艺研究

以AZ31变形镁合金为研究对象,分析了其TIG自动焊过程中焊接工艺参数对焊缝成型的影响.结果表明,增加焊接电流,焊缝的熔透和熔宽都增加;增大焊接速度,熔透和熔宽将减小;在一定范围内的弧长增加也会使焊缝熔透增加,但弧长过大反而会降低焊缝的熔透.     

AZ31镁合金活性TIG焊接头分析

针对AZ31镁合金材料,研究了在A—TIG焊中单一成分的活性剂对焊缝成形的影响。试验结果表明,与无活性剂的焊缝相比,活性剂TiO2、SiO2、Cr2O3、CdCl2和CaCl2能够有效地增加镁合金焊缝的熔深和深宽比。镁合金涂敷活性剂CdCl2后焊缝接头的微观组织与未涂敷时焊缝接头的微观组织没有明显区别,只是前者热影响区稍宽。未涂敷活性剂和涂敷CdCl2的试样硬度值分布相差不大。在AZ31镁合金的焊接中,活性剂CdCl2的作用效果最好。     

活性剂对镁合金TIG焊接熔深的影响

根据最大熔深时TiO2,Cr2O3,CdCl2和ZnCl2活性剂中元素在焊缝中的分布分析了熔池的流动情况,在此基础上对上述4种活性剂对镁合金交流TIG焊接熔深的影响进行了研究．结果表明,这4种活性剂均可增加焊缝熔深,活性剂的涂敷量均有一个饱和值．加大涂敷活性剂后不同程度的改变了熔池中Mg,A1元素的分布．涂敷CdCl2,ZnCl2后在焊缝中没有观察到活性剂元素,而涂敷TiO2,Cr2O3后在焊缝中观察到了Ti,Cr,O元素,氯化物活性剂增加熔深的机理主要是活性剂与电弧的相互作用,氧化物活性剂增加熔深的机理主要是活性剂与熔池金属的相互作用．     

磁控技术在窄间隙焊接和高速TIG焊接上的应用研究

通过分析电弧在磁场中的受力情况,设计了磁控TIG焊接设备,对设备的工作情况进行测试,可达到预期效果.通过施加横向直流磁场,可以实现电弧的单方向偏移,解决高速TIG焊接中电弧拖后的现象；施加横向交变磁场,可以实现电弧摆动,增宽电弧的加热区域,对解决窄间隙焊接上的侧壁熔合问题有积极的影响.     

变形镁合金TIG焊接头组织和力学性能研究

采用TIG焊、使用与母材同质的焊丝对4.6mm厚的AZ31B变形镁合金进行焊接,利用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计、电子拉伸试验机等手段对焊接接头的显微组织、元素分布、断口形貌、接头硬度和强度等进行了分析.结果表明:焊缝区为细小的等轴晶,组织为α-Mg固溶体和网状分布的B-Mg17Al12金属间化合物;接头硬度分布不均匀,焊缝区最高,热影响区最低;焊缝区Mg元素烧损,Al含量较高;接头抗拉强度达到220MPa,是母材的93%,断裂发生在热影响区,断口形貌为韧-脆混合断裂.     

AZ31镁合金TIG焊接接头疲劳性能试验研究

采用TIG焊对厚度10 mm的AZ31镁合金板材进行对接焊和十字角接焊。对母材、对接接头、十字角接接头的静载抗拉强度和疲劳性能进行了试验,分析了焊接组织对焊接接头的抗拉强度和疲劳强度的影响。结果表明:AZ31镁合金母材、对接接头、十字角接接头的静载抗拉强度分别为254.3、186.1、213.4 MPa,焊接接头的抗拉强度均低于母材的抗拉强度。焊接热影响区存在典型的过热组织,晶粒粗大,焊缝区域主要为晶粒细小的铸造急冷组织。母材、对接接头和十字角接接头在2×10~6循环次数下的疲劳强度分别为58.3、26.1、18.2 MPa,焊接接头的疲劳强度远低于母材的疲劳强度。疲劳裂纹主要萌生于焊缝表面的气孔位置,焊缝区晶粒间沉淀相的减少是疲劳裂纹产生和扩展的主要原因。     

AZ31镁合金及其TIG焊接接头断裂机理研究

对AZ31镁合金及其焊接接头进行拉伸、冲击和疲劳试验,分析了镁合金的断裂机理及疲劳裂纹扩展方向.母材拉伸试验结果表明,试样几乎没有缩颈,抗拉强度为236.29 MPa;焊接接头的抗拉强度为185.68 MPa,拉伸断裂从焊接接头焊趾部位启裂,抗拉强度为母材的78%.冲击试验在-80～340 ℃进行,结果表明,在较低温度下AZ31镁合金冲击韧性较小,断口为准解理形貌的脆性断裂;随着温度的增加,断裂形式由准解理+韧窝形貌的混合断裂过渡为韧性断裂;在常温下焊缝中心的冲击韧性比母材的高,但热影响区的冲击韧性较差.AZ31B镁合金母材的疲劳强度为66.72 MPa,对接接头的疲劳强度为39.00 MPa;母材疲劳断口由解理台阶组成,为脆性断裂;焊接接头疲劳断口由解理和准解理台阶组成,为脆性断裂.     

AZ91B镁合金TIG焊接头组织与性能

使用AZ61和AZ91焊丝TIG焊AZ91B镁合金均可获得组织致密、焊缝与母材结合良好的焊接接头。焊缝组织由分枝发达、呈雪化状的α枝晶以及晶间(α Mg17Al2)低熔点共晶体组成；熔合区组织由细小的α-Mg等轴晶和晶间共晶体组成；热影响区组织接近母材，由粗大的α-Mg树枝品和分布于其间的α Mg17Al2共晶体组成。由于焊接过程中镁的过热蒸发，导致焊缝相对含Al量升高，共晶体含量增多，从而使焊缝热裂纹倾向增大。使用ER AZ61焊接AZ91B合金更易获得抗热裂性能高、与母材成分和组织一致性好的接头；而且接头抗拉强度和伸长率也较高。     

AZ31B镁合金TIG焊接接头组织与性能

通过拉伸、弯曲和硬度等试验以及金相显微组织分析,研究4 mm AZ31B镁合金焊接接头组织和性能。试验结果表明:4 mm拉伸试件断裂位置位于热影响区;抗拉强度满足要求;所有弯曲试件的面弯和背弯均未出现断裂,弯曲性能良好;TIG焊焊缝区晶粒相对细小,组织为α-Mg固溶体,晶界弥散分布着黑色β-Mg17Al12沉淀相,热影响区组织晶粒较母材有所长大;母材硬度高于热影响区和焊缝,接头热影响区有软化现象;从4 mm AZ31B镁合金TIG焊对接接头(去掉余高)脉动拉伸疲劳试件宏观形貌可以看出,断裂位置为热影响区。     

AZ31镁合金TIG填丝焊接头的EBSD分析

采用电子背散射衍射技术(EBSD)对AZ31镁合金TIG焊焊接接头的焊缝、热影响区、母材的金相组织、晶粒大小和形态、晶粒取向分布、织构状态和取向差分布等方面进行了研究。研究结果表明,焊接接头中靠近母材侧有一定的择优取向,主要沿轧制方向;焊缝处经过熔化再凝固后,其晶粒沿着垂直于熔合线方向生长,取向处于随机分布状态。母材区有一定强度的基面织构,主要为{0001}面织构;在焊缝区域中的织构较弱,没有较为明显的织构。在母材区和热影响区中小角度晶界相对居多,在焊缝区域中则基本为大角度晶界。     

TIG焊接热循环对AZ91D镁合金硬度的影响

采用TIG焊接方法焊接AZ91D镁合金，考察了焊接热循环对镁合金的硬度的影响。结果表明，表面处理过程对镁合金硬度的影响很大；与母材相比，焊缝区组织细小，硬度较高，焊缝区不同部位的硬度存在一定差异。     

AZ91镁合金TIG焊接接头组织性能的磁场控制

将外加纵向交流磁场引入到5mm厚AZ91镁合金板的TIG接焊中,研究磁场电流对其焊接接头力学性能和微观组织的影响.结果表明,外加纵向磁场通过旋转电弧对熔池进行搅拌,可以使焊缝晶粒得到细化,进而使焊接接头的抗拉强度和硬度等力学性能得到改善;当磁场电流Im=1A时,焊接接头的力学性能达到最大值,此时焊缝硬度为88.09 HV,接头抗拉强度为269.3 MPa.