焊接電流對(duì)ZM6鎂合金薄壁件焊接接頭組織和性能的影響

摘 要：隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)焊接技術(shù)提出了多種多樣的要求。如對(duì)焊接產(chǎn)品的使用方面提出了動(dòng)載、強(qiáng)韌、高壓、高溫、低溫、耐蝕等要求。在這一過(guò)程，由于越來(lái)越多的金屬材料被人們所應(yīng)用，且被廣泛的應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)與生活等各個(gè)領(lǐng)域，因此對(duì)于焊接工藝水平的要求也越來(lái)越高。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐證明，焊接電流的大小會(huì)在一定程度上影響到焊接接頭組織及其性能。本文章就針對(duì)焊接電流對(duì)ZM6鎂合金薄壁件焊接接頭組織和性能的影響進(jìn)行了深入的分析與研究。

關(guān)鍵詞：焊接電流;ZM6;接頭組織;性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.049

最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料是鎂合金，其綜合性能具有顯著的優(yōu)異性，且被廣泛的應(yīng)用汽車(chē)生產(chǎn)制造業(yè)、航空、國(guó)防等工業(yè)領(lǐng)域。ZM6合金不僅具有較好的高溫性能，同時(shí)其室溫與加工性能也十分良好。但由于其生產(chǎn)難度相對(duì)較大，且在鑄件的過(guò)程中容易產(chǎn)生縮松、縮孔以及夾渣等一系列缺陷。因此為了減少鑄件的報(bào)廢率，就要在補(bǔ)焊的過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)焊接電流的控制，以此來(lái)降低對(duì)鎂合金薄壁件焊接接頭質(zhì)量的影響。焊接參數(shù)是鎂合金焊接頭組織以及性能的關(guān)鍵影響因素。而TIG焊接技術(shù)較其他焊接方法焊接質(zhì)量好，可焊金屬多，適應(yīng)能力強(qiáng)。由于鎢極電弧穩(wěn)定，在很小的焊接電流下也能穩(wěn)定燃燒，熱源與焊絲分別控制容易調(diào)節(jié)，因此特別適用于薄件、超薄件的焊接。而焊縫也能夠與母材實(shí)現(xiàn)焊接的有效結(jié)合，在鎂合金焊接中應(yīng)用較為廣泛。

1 研究方法與參數(shù)

本次研究選擇TIG焊接工藝，研究對(duì)象選擇ZM6鎂合金薄壁件。ZM6鎂合金薄壁鑄件尺寸為200mm×100mm×4mm，主要成分為Mg，其余為2%至3%的Nd、0.2%至0.7%的Zn、0.4%至1.0%的Zr以及不足0.1%的Cu。焊絲材質(zhì)與母材相同，Ф2.4mm*1000mm。焊接設(shè)備選擇交流脈沖鎢極氬弧焊設(shè)備，焊接過(guò)程中選擇手工焊接，保護(hù)氣體選擇高純度的氬氣，焊接電流分別選擇180A、200A、220A與240A。

2 焊接電流對(duì)接頭組織的影響

在對(duì)ZM6鎂合金進(jìn)行補(bǔ)焊的過(guò)程中，不同焊接電流會(huì)對(duì)焊接接頭造成不同的影響。在顯微鏡下，根據(jù)其晶粒大小就可以區(qū)分焊縫區(qū)與熱影響區(qū)。焊縫區(qū)組織相對(duì)較為細(xì)小，且與熱影響區(qū)的組織均呈現(xiàn)出特征較為顯著的等軸晶組織，同時(shí)對(duì)于熱影響區(qū)來(lái)說(shuō)，其與母材區(qū)的晶粒大小沒(méi)有較大的差異，且不會(huì)出現(xiàn)晶粒粗化現(xiàn)象。晶粒尺寸的大小可以采用截線法來(lái)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，平均晶粒尺寸會(huì)隨著焊接電流的增大而減小，但其變化幅度卻不是很大。通過(guò)能量守恒定律來(lái)對(duì)焊接線能力進(jìn)行計(jì)算，隨著焊接電流的不斷增大，單位時(shí)間內(nèi)輸入給焊縫的熱能就會(huì)不斷增多，因此在焊接電壓與速度保持不變的情況下，焊接線能量與電流之間的關(guān)系就為正比例，隨著焊接電流的增加，焊接線的能量也就會(huì)相應(yīng)增大，輸入的焊接熱量就越多。

同時(shí)焊接電流還會(huì)對(duì)顯微硬度產(chǎn)生影響。根據(jù)相關(guān)的研究顯示，平均硬度最大的是焊縫區(qū)，但在緊挨母材區(qū)的熔合區(qū)，焊縫區(qū)的硬度值會(huì)稍有下降。在硬度方面，熱影響區(qū)與母材二者之間的差異較小，熱影響區(qū)的變化值較大，但無(wú)規(guī)律可循，相對(duì)來(lái)說(shuō)，母材區(qū)的硬度值較為平穩(wěn)，因此，在距熔合線距離較遠(yuǎn)的情況下，其硬度值越穩(wěn)定。

3 焊接電流對(duì)拉伸性能的影響

采用不同的焊接電流對(duì)焊接樣品進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)結(jié)果可以證明，焊接電流的大小會(huì)影響到樣品的拉伸性能，其抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)為先增后減。通過(guò)4種電流強(qiáng)度的拉伸強(qiáng)度結(jié)果對(duì)比可知，當(dāng)焊接電流在 220 A 以下時(shí)，焊接接頭的強(qiáng)度達(dá)到136 MPa，為最高強(qiáng)度。母材的平均抗拉強(qiáng)度為140Mpa。焊后，樣品與母材相比其最高抗拉強(qiáng)度無(wú)明顯差異。當(dāng)焊接電流大于240 A 后，樣品的抗拉強(qiáng)度快速降低至87MPa。

TIG焊電弧能量與焊接電流成正比，當(dāng)熱輸入過(guò)大時(shí)，會(huì)使焊接接頭過(guò)熱嚴(yán)重，造成晶粒粗大，使焊件出現(xiàn)裂紋。焊接裂紋是在焊縫熔融金屬液結(jié)晶過(guò)程中出現(xiàn)的。在焊接電流設(shè)定為240A時(shí)，焊縫結(jié)晶拉伸力產(chǎn)生的應(yīng)變量增大，超過(guò)了脆性溫度區(qū)間的最低塑性要求。同時(shí)，熔池中金屬溶液也在結(jié)晶階段的后期，熔池已經(jīng)被固相物質(zhì)占滿，而液相流動(dòng)能力較低，無(wú)法對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的裂紋進(jìn)行補(bǔ)縮，最終導(dǎo)致裂紋的出現(xiàn)。在電流加大的焊接操作后試驗(yàn)樣品出現(xiàn)焊接裂紋，從而降低金屬材料的整體性能。根據(jù)焊縫區(qū)顯微組織分析結(jié)果可以看出，焊縫區(qū)晶粒尺寸會(huì)隨著電流的增加而減小。并通過(guò)由霍爾-佩奇公式計(jì)算可以得出，隨著晶粒尺寸的減小，其材料的強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)增加。由于焊縫區(qū)晶粒細(xì)化可以有效提高材料的強(qiáng)度，焊接裂紋會(huì)降低材料的強(qiáng)度。因此焊縫區(qū)的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增后減的變化趨勢(shì)，同時(shí)若焊接電流達(dá)到220 A時(shí)，此時(shí)焊接樣品的拉伸性能最好。

4 焊接電流對(duì)ZM6鎂合金薄壁件焊接接頭其他方面的影響

根據(jù)長(zhǎng)期的焊接經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，焊接電流的大小不僅會(huì)影響到焊縫質(zhì)量與使用壽命，同時(shí)也會(huì)在一定程度上影響到其焊接的工作效率。焊接電流越大，其金屬熔化速度越快，熔深越深，并且會(huì)在這一過(guò)程出現(xiàn)燒穿、咬邊、漏焊等焊接缺陷;焊接電流太小時(shí)，其在焊接過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)未焊透以及夾渣等情況，從而影響焊縫質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)要求越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)境下，合金焊接工藝對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高。鎂合金壓鑄產(chǎn)品中復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成形，需要通過(guò)焊接技術(shù)來(lái)完成。只有通過(guò)不斷的試驗(yàn)研究，優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，才能有效提高產(chǎn)品的技術(shù)要求。在這一過(guò)程中，就要求相關(guān)的技術(shù)人員要合理控制焊接電流，減少焊接電流對(duì)ZM6鎂合焊接性能的影響，從而提升鎂合金焊接加工的工藝水平。

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作者簡(jiǎn)介：張瑞珍（1989-），女，新疆石河子人，學(xué)士，助教，研究方向：材料科學(xué)與工程。