镁合金焊接技术总结
镁合金焊接技术的研究及发展
余福庆
（机械学院材料成型及控制工程201*07110）摘要：镁合金在航空航天、汽车、电子等领域具有广阔的应用前景,焊接技术已经
成为制约其应用的技术关键。介绍了镁合金的物理特性及应用特点。通过对国内焊接的研究现状及成果进行分析，简述了镁合金的应用情况及其焊接特点，介绍了镁合金的钨极氩弧焊，电子束焊及电阻点焊，搅拌摩擦焊，激光焊等常用的几种焊接方法及其研究。总结了各类焊接方法的特点，并指出镁合金焊接研究中存在的问题，并对镁合金焊接研究及应用进行了展望。
关键词：镁合金焊接研究现状
Researchanddevelopmentofmagnesiumalloyweldingtechnology
YuFuqing
MechanicalCollegeMaterialFormingandControlEngineering201*07110
Abstrac：Magnesiumalloyhasabroadapplicationprospectsinthe
fieldofaerospace,automotive,electronics,weldingtechnologyhasbecomeakeytechnologyforrestrictingitsapplication.Thephysicalpropertiesofmagnesiumalloyandapplicationcharacteristics.Throughtheanalysisoftheresearchstatusandachievementsofdomesticwelding,brieflytheapplicationofitswelding
characteristicsofmagnesiumalloy,magnesiumalloygastungstenarcwelding,electronbeamweldingandresistancespotwelding,frictionstirwelding,laserweldingetc.severalcommonlyusedweldingmethodanditsresearchstatus.Summarizesthecharacteristicsofthevarioustypesofweldingmethods,andpointedoutthattheproblemexistsinthemagnesiumalloyweldingresearch,andmagnesiumalloyweldingresearchandapplicationprospects.
Keywords：magnesiumalloy;welding;researchstatus一，镁合金物理化学特性与焊接特性
镁合金的密度小,约为1178g/cm3,是铝的2/3,钢的1/4。同时,镁合金还具有高的比强度、比刚度、减震性和导热性,较好的可切削性和可回收性,因而被称为21世纪的“绿色”工程材料。随着镁合金的冶炼技术不断提高和人们对能源、环保的高度重视,镁合金成为迅速崛起的一种工程材料,采用镁合金结构件可以大大减轻结构重量,降低生产成本。因此它在汽车、摩托车、航空航天等领域具有巨大的应用前景。镁合金作为一种新型高性能结构材料,在实际应用中不可避免地采用连接结构,而焊接无疑是优先选择的连接方法之一。由于镁合金的熔点低,线膨胀系数和导热率高,与氧、氮的亲和力强,焊后易形成夹杂和脆性相,易产生焊接变形和热裂纹,使焊接接头的力学性能下降,因此,焊接已成为制约镁合金结构件广泛应用的障碍之一。针对镁合金焊接的特点和难点,应采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度快的高效焊接方法。近些年来出现的新工艺,如钨极氩弧焊，电子束焊及电阻点焊，搅拌摩擦焊，激光焊等常用的几种焊接方法。
二，镁合金新工艺焊接方法分析及对比
1钨极氩弧焊
钨极氩弧焊(TIG)是最早用于镁合金材料焊接的方法之一，目前，也是镁合金最常用的焊接方法。由于镁合金的特点，其氩弧焊一般采用交流电源，以去除氧化膜。由于镁合金热膨胀系数大，易产生焊接裂纹、焊后变形等缺陷，需要采用夹具系统固定、坡口预处理、焊前焊后热处理等措施，以保证获得性能良好的焊接接头。镁合金TIG过程中主要存在气孔、夹杂和热裂纹等缺陷，利用活性焊接可以改善镁合金TIG时存在的熔深浅的缺点。
2电子束焊
镁合金因具有较低的熔点、较高的化学活性及高的热导率，镁合金焊件接头强度一般低于母材，因此高能量、焊剂保护及真空环境下进行镁合金的焊接尤为必要。电子束焊(EBW)是一种能量密度高、焊接效果好、适应范围广的焊接方法，焊接过程在真空状态下不受氧气等气体的影响，在真空状态下热损失很小，加热速度快。电子束精确可调，无论是对镁合金薄件还是厚件均可一次焊透。EBW冷却速度快，元素的扩散时间及扩散距离短，相易于形核，焊缝晶粒细小，有利于改善接头性能。与氩弧焊相比，EBW接头的力学性能更高，并且高于母材和其它方法焊接的焊缝，这主要与焊缝区晶粒非常细小，热影响区很窄有关。
3电阻点焊
电阻点焊(RSW)是汽车生产中最常用的焊接工艺之一，也是镁合金众多连接方法中具有较大潜力的一种。RSW作为一种焊接镁合金薄板的有效焊接方法，开始受到人们的普遍重视。镁合金的点焊工艺与铝合金点焊相似。镁合金RSW接头主要由焊核区和热影响区组成。焊核区含有两种不同的组织结构，焊核中心为等轴晶结构，焊核边沿为胞状-树枝晶结构，焊核区这种组织结构的过渡是由于焊核中心与边沿凝固条件不同所致。焊核区裂纹敏感性较高。热影响区内出现晶界熔化及粗化现象。
4搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊(FSW)是由英国焊接研究所开发的一种新型固相连接技术，与传统的焊接方法相比，具有优质、高效、低耗、焊接变形小、无污染等特点，在薄板焊接中具有其它焊接方法不可比拟的优势，特别适合于铝、镁等合金结构的连接。由于镁的塑性变形能力差，目前大多数镁合金产品都是铸造件，很少采用锻压、扎制、挤压等方法加工。这使得镁合金的应用受到很大限制，也相应制约了镁合金FSW的研究。
5惯性摩擦焊
惯性摩擦焊(通常称摩擦焊)是利用两个工件相互接触并高速旋转,在接触面上产生大量的摩擦热使其达到锻造温度,然后施加一个轴向顶锻力而完成两工件的固相连接。金属工件表面的氧化膜和油污会在初始的摩擦中得以去除,所以不会影响到接头的质量。摩擦焊接中的产热很少,接头的形成在金属的熔点以下,属于固相连接,因此气孔、裂纹等缺陷不易形成。由于摩擦焊操作简单,生产效率高,并且可以获得高质量的接头,由于摩擦焊接过程中接头的形成并非通过金属的熔化而形成,原理上更接近于扩散,所以可以焊接异种金属。
6激光焊接
激光焊接的焊速高,质量好,无变形,无需真空条件,且容易实现自动化焊接。在焊接过程中,激光束照射到金属表面时,材料将瞬时汽化并在束流压力和蒸汽压力的共同作用下形成一个细长的小孔,小孔中的汽化金属被电离并将摄入的能量完全吸收,然后将热量传递给周围材料使之熔化,在小孔附近形成熔池。激光焊可以得到极小的熔化区和热影响区并能净化焊缝,减少焊缝中的内应力、裂纹和气孔等缺陷。。激光焊接时,焊缝的背面成形受热输入和气体保护流量的影响,在恰当的焊接工艺条件下可以得到很好的表面成型和高质量的接头,从外观上看,焊缝连续,狭窄,变形很小,且无表面缺陷。
三，镁合金焊接技术前程展望
在现有的镁合金焊接方法中,传统的TIG焊焊接质量良好,应用范围相当广,适合各种接头的焊接,但由于能量密度不高,熔深比较浅,热影响区较宽,而活性TIG焊则弥补了许多不足,值得深入研究;激光焊热影响区较小,焊缝美观,但易产生气孔,成本较高;搅拌摩擦焊焊缝晶粒细小,接头力学性能优良,但是接头形式受限制,成本较高。在镁合金焊接的研究中,有几方向研究得很少。但很有潜在意义:(1)镁合金的活性TIG焊的研究;(2)镁合金的复合焊研究;(3)镁合金熔焊过程中温度场模型的建立,对凝固过程了解很重要;(4)镁合金搅拌摩擦焊的焊核成型过程模型的建立和完善。（5）镁合金与钢、铝合金等异种金属的焊接问题。
参考文献
【1】刘正,张奎,曾小勤.镁基轻质合金理论基础及其应用.北京:机械工业出版社,201*:16～38
【2】顾鲸熹.特种工程材料焊接.沈阳:辽宁科学技术出版社,1998:254～278
【3】徐杰，刘子利，沈以赴，刘仕福镁合金焊接的研究与发展【4】黄万群，谷立娟，王新镁合金焊接技术的研究现状【5】曾荣昌，柯伟，徐永波，等．镁合金的最新发展和应用前景
[J]．金属学报，201*，37(7)：673-685．
【6】丁文斌,蒋海燕,曾小勤,姚寿山镁合金焊接技术研究进展(上海交通大学材料科学与工程学院,上海201*30)
【7】冯吉才,王亚荣,张忠典镁合金焊接技术的研究现状及应用①(哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室,哈尔滨150001)
扩展阅读：焊接技术总结
淮南田集电厂1号机组焊接工程技术总结
淮南田集电厂是我公司安装的第二个具有600MW的工程，该工程我公司承建其中的1号机组的设备安装任务，也是我公司的第一个投标工程。由于该工程的设计、制造及设备供货涉及的单位较多，从各方面来看均有其一定的特点，对该工程从不同的方面进行总结具有一定的意义。
1工程概况
淮南煤电基地田集电厂建设规模为2×600MW超临界机组工程，由上海电力股份公司和淮南矿业（集团）有限公司共同出资，双方的投资比例各别为50%，工程总投资47.85亿元。田集电厂系新建区域性电厂。位于安徽省淮南市田集乡境内，距离淮南市区约30公里。厂址处于田集机修厂以东，庙西村以西，阜淮铁路潘集西站以北的区域内。华东电力设计院承担着本工程的总体设计，由浙江电力建设监理有限公司对本工程实施建设全过程监理。焊接专业主要负责我公司承担范围内所有与焊接有关的焊接及焊接管理工作。机组主要参数如下：
上海电气集团股份有限公司（上海锅炉厂有限公司）生产的超临界参数变压直流炉，单炉
膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢架、全悬吊结构Π型锅炉。锅炉（B-MCR工况）参数如下：
过热蒸汽流量：1913t/h过热蒸汽出口压力25.4Mpa(g)过热蒸汽出口温度571℃再热蒸汽流量：1586t/h再热蒸汽进口压力4.29Mpa(a)再热蒸汽出口压力4.10Mpa(a)再热蒸汽进口温度310℃再热蒸汽出口温度569℃省煤器进口给水温度282℃
锅炉效率93.5%（BRL）
空预器型式三分仓回转式空气预热器汽机：
型式：超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴双背压、凝汽式、八级回热抽汽。额定功率MW600额定主汽门前压力(Mpa)24.2额定主汽门前温度（℃）566额定再热汽阀前温度（℃）566汽轮机低压缸排汽背压为11.8Kpa补给水量3%最终给水温度为280℃加热器级数（包括除氧器）8
2焊接工程简介
2.1本机组承压部件焊口较以往工程多，锅炉水压焊口39267只（含部分零星管路）。主蒸汽管道焊口37只，高压主给水管道焊口113只，主蒸汽旁路、给水旁路以及高压导汽管道、抽汽管道等焊口70多只。
2.2承压部件的钢材种类较多，主要有:SA210-C、SA213-T12、SA213-T22、SA213-T23、SA213-T91、15CrMo、SA335-P11、SA335-P22、SA335-P91、W36、SA213-TP347H及18-8型不锈钢等，具体钢材牌号有近20种。其中国内刚才按国标（GB）或冶标（YB）供货，国外钢材锅炉部分按ASME标准供货。
2.3锅炉本体受热面组合从201*年1月底开始，3月份大件吊装，至11月5日水压试验完成，共完成水压焊口39267只；汽机组合工作从201*年8月开始，同时在锅炉上进行安装，到201*年2月底完成主汽、给水水压焊口200只，至冲管前汽机共完成主汽、给水、导汽、抽汽等高压焊口500余只，中低压管道3500多吨。（表1）
表1
锅炉汽机组合开始06年1月06年9月水压焊口完成情况
安装焊口（只）251791组合焊口（只）1408863焊接工作特点
3.1
淮南田集电厂1号机组的焊接施工准备，是历来工程中做的较好的
一个。3.1.1由于供货充分，汽机、锅炉所引用的标准相同同，施工组织相当顺利，施工过程中减少压力。水压前项目部总工、焊接科的努力下，田集业主连续召开了两次焊接专题协调会，会上详细地讨论了培训、施工及检验中所涉及的标准、规范、规程，甚至具体到某些特殊、重要部件的无损检测比例，为施工起到了重要的指导作用。会上田集质监站专业人员除提出业主的要求外，还充分地听取了施工单位的意见，尤其在进口焊接材料、钢材供应方面，给予我们很大的帮助，使我们的首批焊工能及时地于201*年12月份开始培训，为进一步的施工创造了条件。
3.1.2由项目部总工牵头，焊接科专业人员组织各部门及工地编写了“田集电厂一号机组安装工程《焊接专业施工组织设计》”该技术文件对后来的施工技术及质量管理起到了重要的指导及规范作用。
3.2焊前练习工作较以往工程管理严格。
焊接科下发了“焊前练习管理制度”，各工地焊接班长对上岗前的练习能正确对
待，焊前练习流程（图1）控制得很好。为了使焊工尽快地适应将要施工的部位，我们制作了仿末级级过热器管排练习架、仿联箱管座十字练习架。在焊前练习的过程当中，我们受到了华能质监站专业人员及德方专家的指导，对我们的焊前练习提出了不少意见，使我们的焊前练习工作进行地更加完善，为保证工程焊接质量奠定了基础。
是焊工上岗施焊练习结果验评否焊前练习焊工评定班长分工任务确定焊工接受交底图1焊前练习控制流程
3.3本工程检验要求高。锅炉受热面焊口100%无损检验，末级级过热器和末级再热器分隔屏过热器焊口100%的射线探伤检验。
4焊接施工过程
4.1锅炉焊接施工：
4.1.1地面组合：
201*年1月份锅炉受热面组合工作全面开始，陆续经过近四个月的奋战，完成了“W”水冷壁、包墙过热器、省煤器及二、三、四级过热器的组合工作，共完成焊口3086道，无损检验一次合格率最低95.3%。其间我们对三、四级过热器的1000道X20CrMoV121(F12)焊工投入了较多的精力。为保证F12纲焊接顺利进行，我们从上到下都进行了周密部署。首先是施工技术准备及技术交底进行的比较扎实：焊接技术员及热处理技术员均编写出详细的施工措施，经各级严格审批后，在分公司的组织下，进行了钳工、焊工、热处理工、无损检验人员及电源班等方面的技术交底，总工和施管科及质检站专业人员都做了重要指示；第二，我们挑选了6名具备F12钢焊接资格的焊工进行焊前练习，从中选拔出4名操作技术较稳定的焊工承担此项任务；第三，精心组织施工，使钳工准备、焊前预热、焊接、热处理、检验几个环节统筹安排，减少了施工中相互制约造成的窝工现象，提高了劳动效率。热处理工每天早上6点就赶到现场进行焊前预热工作，保证钳工、焊工8点上班后马上投入对口焊接工作。焊口的氩弧焊打底工作由每组操作水平较高的焊工担任，使每道焊口的根部质量得到有效的保证。钳工在热处理前用#22铅丝将每根管子固定好，防止热处理引起的变形。焊接完毕，热处理工在最短的时间内做好准备工作，于晚上11点将焊口处理完，第二天中午试验室人员对焊口进行无损检验，一般在下午4点前就将检验结果通知工地。就这样，经过我们多方努力，地面组合的1000道F12钢焊口用时45天，检验合格率达到96%。
虽然我们在焊口施工方面进行了周密的部署，焊口质量达到了预期的目标，但我们对一般结构的焊接有所忽视。在二级过热器的组合过程中，防磨瓦的焊接质量较差，在组合的初期，多次受到华能质监站的批评。随后，我们对二级过热器所有的防磨瓦焊缝进行了修补。为防止同样问题在三、四级过热器再次发生，我们编制了“蛇行管排防磨瓦焊接记录表”，将防磨瓦的焊接工作落实到人，每位焊工在焊完防磨瓦后，要在“记录表”上签字，同时，质检员也进行验收签字。由于责任层层落实，使得我们最终将一般结构的焊接质量得到有效的控制。4.1.2安装阶段：
6月份本体大件吊装开始后，我们的工作中心从地面组合转移到高空安装。为了在紧张的施工当中保证每一道焊缝的质量，我们采取了焊工新老强弱搭配，技术员、质检员加强现场监督检查，及时替换技术不稳定的焊工等一系列措施，一鼓作气，于10月25日前完成水压焊口近201*0道。焊口一次检验合格率在94.96%-100%之间水压试验无一焊口渗漏。无论是焊缝的外观质量还是无损检验等都受到华能质监站及德国专家的好评。在安装阶段，有以下几个方面需要回顾：
a在34M标高包墙进口集箱、斜水冷壁出口集箱连接散管安装的1500道焊口施工当中，部分焊口氩弧焊打底后放置一到两天没有盖面的不良情况，华能质监站对此很不满意，以书面通知我们要求限期整改。尽管我们以最快的速度将未盖面的焊口焊完，但该部位由于工期紧、人员少造成的工序混乱，导致质量失控的状况暴露出我们质量管理方面的漏洞。随后制定了预防改正措施，并在工地班组以各种形式教育职工，提高大家的质量意识，防止类似事情再发生。
b在F12钢大径管的焊接施工当中，我们反复参阅了相关资料，认真编写出F12钢大径管焊接施工措施，进行了联合交底。在施工当中，根据现场的具体情况，在与德国专家充分论证、取得华能质监站的同意下，我们成功地采用F12钢大径管“低温打底”及“第一层打底用SGCrMo2焊丝”的工艺，高质量地完成了32道F12大径管焊口的焊接任务。
4.2汽机焊接施工
4.2.1从96年9月中旬开始，我们进行主蒸汽及主给水管道的组合工作，经过22天的努力，在汽机焊接班及热处理班的拼搏奋战，完成主蒸汽管道焊口10道、主给水管道焊口4道。在一号炉水压试验中，汽机部分的相关系统共有83道焊口参与试验，焊口无一出现问题。汽机部分主要焊口的情况见表2。
表2
序号12部件名称主蒸汽管道主蒸汽旁路汽机主要高压焊口统计
规格Φ377×50Φ133×20Φ273×36焊口数7235合格率95.83%97.14%钢材牌号15Cr1Mo1V15Cr1Mo1VΦ194×173主给水管道15MnSiΦ273×24Φ325×284567给水旁路高压导汽管道高加抽汽管道生产抽汽管道15MnSi15Cr1Mo1V12Cr1MoV12Cr1MoVΦ219×25Φ273×36Φ159×8Φ377×174333943100%100%97.43%95.35%14997.99%4.2.2在汽机设备管道的焊接施工当中，值得一提的有以下两点：
a由于各方面多次强调施工工艺纪律，使得一号机组大径管焊口均采用了多层
多道的焊接工艺，彻底根除了以往施工当中大径管焊缝单层厚度超标（最多可达10mm）的严重错误做法。这样，减少了焊缝缺陷产生的几率，保证了焊缝的综合机械性能，切实地做到替业主着想，为业主服务的宗旨。
b在中低压管道施工中，我们坚持大多数管道采用氩弧焊打底/电焊盖面的焊接方法，有效地提高了中低压管道的检验合格率，防止了试运行当中中低压管道焊口渗漏的现象，节约了试运行周期。
5焊接质量技术管理
5.1焊接技术准备工作周密详实，管理工作上下协调一致。
5.1.1开工初期，由于公司焊接培训中心的大力支持，焊接工艺评定工作按期完成。为焊接技术文件、施工组织设计及措施的编制奠定了基础。
5.1.2焊工培训工作按计划及时完成，在业主的大力协助下，外方焊接专家对焊工的确认工作在开工前均已完成，为施工的顺利进行及人员的合理调配创造了条件。5.1.3焊接技术管理文件如“焊前练习制度”、“焊接材料管理制度”及“焊接施工交底制度”等文件得到了有效的落实。工地接到这些问件后，不仅组织大家学习，还将其中的条款在进行班组建设时转化成班组的管理细则，使全体成员都明白自身的职责。
5.1.4焊接技术服务工作到位，技术员、施管科焊接专业人员时刻深入现场，及时发现问题，解决问题，积极参与到重要部件（如有F12钢焊口部件）的焊接施工当中。
5.2加强焊接工程质量意识教育5.2.1建立健全质量保证体系（见图2）
图2
焊接质量保证体系
各施工班组各工地质检员、技术员施管科专业人员质检站专业人员分公司总工程师5.2.2进行全员质量管理，积极开展QC小组活动。锅炉工地焊接QC小组，他们从工程开始就将活动的目标定在攻克F12钢小径管焊接质量问题，确定了“严格施工工艺，确保F12钢焊接质量”的课题，通过小组全体成员的努力，圆满的完成了小组的任务，解决了施工难题。其“严格施工工艺，确保F12钢焊接质量”成果在1997年的发布会上连连获奖（见表3）。
表3
会议名称举办单位QC成果获奖统计地点获奖名次发布人苏杲剑员箐华苏杲剑员箐华苏杲剑员箐华西北电管局1997年西北电管局兰州市第1名QC成果发布会西北电管局1997年原电力部无锡市第2名QC成果发布会西北电管局1997年建设部昆明市第16名QC成果发布会后经建设部推荐，评为1997年全国基建行业优秀QC成果5.3焊接材料管理较以往工程有很大的提高
5.3.1在华能质监站的要求下，汽机和锅炉两个焊接班对三级焊条库进行了彻底翻修，购买、改造了焊条烘烤箱，对保温性能不好的保温箱进行更换，焊条保温桶人手一个。
5.3.2焊接材料的领用、烘烤、发放、回收等环节严格把关，详细记录，质检站定期检查。规范了焊接材料管理程序，确保了施工质量，未发生一起错用焊条的事件。5.4金属试验室把关严格，配合积极。金属试验室除按要求作好检验工作外，还积极主动地配合工地寻找缺陷存在的原因。试验室主任、三级检验员卢印容同志在连续发现4个焊口出现同一缺陷后，带着底片领着技术员会同焊接人员到现场分析原因，避免了同类缺陷再次发生。也从一个侧面反映出质量问题齐抓共管的局面。
6研成果通过以上几个方面的简单介绍可以看出，我们虽然通过各方努力，解决了焊接施工中的一些问题，工作中取得了一些进步，但也暴露出我们在焊接施工当中的一些问题，前车之辙，后车之鉴。其他的如焊接资源的合理配制问题、焊工资格的确定、焊接管理机制等问题，还需要大家共同探讨，有待于以后解决。
友情提示：本文中关于《镁合金焊接技术总结》给出的范例仅供您参考拓展思维使用，镁合金焊接技术总结：该篇文章建议您自主创作。
来源：网络整理 免责声明：本文仅限学习分享，如产生版权问题，请联系我们及时删除。
《镁合金焊接技术总结》
由互联网用户整理提供,转载分享请保留原作者信息,谢谢!
http://m.bsmz.net/gongwen/645973.html
- 上一篇：高级技师论文
- 下一篇：高级技师论文