关键词：活性剂；A-TIG焊；AZ31B镁合金；熔深；金相组织
序言
镁合金是目前应用广泛的合金,是一种理想的环保、节能型材料,随着镁合金在各个领域中更加广泛的应用,,提高镁合金的焊接性、获得优质焊接接头显得尤为重要和迫切。
对镁合金使用传统的TIG焊，一般焊缝熔深较浅需要多层多道焊，从而降低了生产效率、焊缝力学性能不良，这限制了镁合金的发展。
本文主要研究了活性剂对AZ31B镁合金焊接性的影响：
1 、活性剂对焊缝成型的影响
2 、选择三种活性剂，研究其中两种不同配比对熔深、熔宽的变化和对深宽比的影响
3 、活性剂对铸造镁合金接头金相组织影响
1 试验材料与方法
1.1 母材材料
实验用母材材料为AZ31B镁合金，它属于Mg-Al-Zn-Mn系合金，其每块试板的尺寸为 90mm×50mm×4.50mm。
1.2 焊接用活性剂
采用三种活性剂，为氟化物（NaF）、氧化物（TiO2）、氯化物（CaCl2），具体的混合配比见表1-1。实验采用无水乙醇有机溶液将活性剂粉末配置成一定浓度的溶液，均匀地涂敷于试件上，如图1-1所示。
.png)
1.3实验设备
为了降低人为因素对实验的影响，保证焊接速度和电弧长度在焊接过程中的恒定，试验焊接过程在自动焊接装置上进行，在TIG焊接时焊接速度、焊接电流、弧长、保护气及流量和钨极直径等因素设为定值。
1.4焊前准备
用砂纸或钢丝刷将母材表面氧化膜去除，尽量减少氧化物对实验的影响。将配好的活性剂研磨并用无水乙醇调和，均匀的涂在母材上，涂覆面积约占母材的3/5。
1.6焊接工艺参数选择
焊接参数按下表设定:
.png)
1.7焊后处理
对试件进行空冷，清洗，并对成型表面拍照。用锯截取试样，并标记，在砂轮上将试样表面磨平、用抛光机对试样进行抛光，腐蚀后制备成金相试样，用光学显微镜观察焊缝、熔合区和焊接热影响区的显微组织形态，对各个焊缝测量其熔深和熔宽，计算深宽比，以对实验结果进行分析。
2 试验结果及分析
2.1 焊缝表面分析
通过测量得出涂覆活性剂一侧焊缝表面宽度分别为：1号试样：12.57；2号试样：12.34；3号试样：12.07，不涂覆活性剂一侧焊缝表面宽度为11.53。从实验数据可以看出表面焊缝宽度都有所增加，但随活性剂TiO2含量的增加和CaCl2的减少，焊缝表面宽度在不断减小，说明活性剂TiO2减小熔宽的效果要比CaCl2好。从焊缝表面形状来看涂覆活性剂的一侧比不涂覆的一侧成型要好，且随活性剂TiO2含量的减少和CaCl2的增加，焊缝表面形状成型越平滑，可以看出CaCl2对焊缝的成型性要好于TiO2。但焊缝表面都残存氧化物熔渣，成为降低焊缝成形质量的重要原因。
2.2焊缝的熔深、熔宽及深宽比的比较
对三组焊接试样宏观金相进行了分析。
从实验结果得出在同一规范参数的TIG自动焊情况下，加入活性剂的焊缝都有了明显变化，1号试样焊缝熔深要大于2号试样，2号试样熔深又大于3号试样，都要大于不涂覆活性剂的试样，从配料上可以看出，随混合活性剂中TiO2 含量的增加和CaCl2的减少，焊缝熔深出现了减小的趋势，说明在对镁合金焊接熔深的影响上，CaCl2对焊缝熔深的作用效果要大于TiO2对熔深的影响。而在熔宽方面则随TiO2含量的增加和CaCl2含量的减少有所减小。从焊缝的金相图可以看出，2号试样（NaF10％，TiO240％，CaCl250%）的深宽比最好。
2.3焊缝的显微分析
本实验分别对涂覆和不涂覆活性剂的焊缝组织进行了500倍的显微拍照。
从实验金相图看出，未涂覆活性剂时焊缝晶粒较小，而涂覆活性剂时焊缝晶粒较大，涂敷活性剂对焊缝微观组织产生影响。焊接后焊缝的微观组织决定于熔池温度梯度的大小，涂敷和未涂敷活性剂焊缝微观组织的不同就是由焊缝熔合区温度梯度的不同引起的。在母材表面涂敷活性剂后，由于活性剂导热性差, 覆盖在熔池表面和热影响区表面，使得熔池的温度梯度减小，熔池冷却速度降低, 结晶时间变长，导致焊缝晶粒粗大。
从金相图中看出焊缝区与热影响区的分界较为明显。热影响区是典型的过热组织，晶粒较粗大；而焊缝区处的晶粒则明显比母材和热影响区的细小，母材晶粒呈纤维状，显然是晶粒经过变形后的组织。从金相图发现涂敷活性剂焊缝的热影响区比未涂敷活性剂的热影响区宽，这主要是由于活性剂与电弧作用增大了电弧的热输入值所致。
3 结论
经过一系列的实验与理论分析，最后得出以下结论：
1、在同一规范参数情况下进行TIG焊，混合活性剂随活性剂TiO2含量的减少和CaCl2的增加，焊缝表面形状成型越平滑，可以看出CaCl2对焊缝的成型性要好于TiO2。但焊缝表面都残存氧化物熔渣，成为降低焊缝成形质量的重要原因。
2、在对镁合金焊接熔深的影响上，CaCl2对焊缝熔深的作用效果要大于TiO2对熔深的影响。而在熔宽方面则随TiO2含量的增加和CaCl2含量的减少有所减小。
3、在焊缝热影响区，与未涂覆活性剂的焊缝的热影响区相比，涂覆活性剂的热影响区宽，这主要是由于活性剂与电弧作用增大了电弧的热输入值所致。
参考文献
1 吴安如 1，2，夏长清2 镁合金焊接技术的现状及最新进展 机械 2005 年第4期 总第32卷
2 孙德新,孙大千,李金宝,李明高,殷世强 镁合金焊接技术的研究进展及应用 材料导报 2006 年8 月第20 卷第8 期
3 Munitz A ,Cotler C ,Shaham H ,et al. Elect ron beam welding of magnesium AZ91D plates. Welding Res,2000, Suppl:202
4 柯黎明,邢丽,徐卫平. AZ81A 镁合金焊接接头的组织与性能. 材料工程,2005 ,1 :41
论文作者:张万辉
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年2月4 期
论文发表时间:2020/4/23
标签：活性剂论文; 镁合金论文; 试样论文; 金相论文; 表面论文; 晶粒论文; 涂覆论文; 《工程管理前沿》2020年2月4 期论文;