焊接電流對ZM6鎂合金薄壁件焊接接頭組織和性能的影響

摘 要：隨著工業生產的發展，對焊接技術提出了多種多樣的要求。如對焊接產品的使用方面提出了動載、強韌、高壓、高溫、低溫、耐蝕等要求。在這一過程，由于越來越多的金屬材料被人們所應用，且被廣泛的應用于社會生產與生活等各個領域，因此對于焊接工藝水平的要求也越來越高。經過長期的實踐證明，焊接電流的大小會在一定程度上影響到焊接接頭組織及其性能。本文章就針對焊接電流對ZM6鎂合金薄壁件焊接接頭組織和性能的影響進行了深入的分析與研究。

關鍵詞：焊接電流;ZM6;接頭組織;性能

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

最輕的金屬結構材料是鎂合金，其綜合性能具有顯著的優異性，且被廣泛的應用汽車生產制造業、航空、國防等工業領域。ZM6合金不僅具有較好的高溫性能，同時其室溫與加工性能也十分良好。但由于其生產難度相對較大，且在鑄件的過程中容易產生縮松、縮孔以及夾渣等一系列缺陷。因此為了減少鑄件的報廢率，就要在補焊的過程中加強對焊接電流的控制，以此來降低對鎂合金薄壁件焊接接頭質量的影響。焊接參數是鎂合金焊接頭組織以及性能的關鍵影響因素。而TIG焊接技術較其他焊接方法焊接質量好，可焊金屬多，適應能力強。由于鎢極電弧穩定，在很小的焊接電流下也能穩定燃燒，熱源與焊絲分別控制容易調節，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現焊接的有效結合，在鎂合金焊接中應用較為廣泛。

1 研究方法與參數

本次研究選擇TIG焊接工藝，研究對象選擇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。焊絲材質與母材相同，Ф2.4mm*1000mm。焊接設備選擇交流脈沖鎢極氬弧焊設備，焊接過程中選擇手工焊接，保護氣體選擇高純度的氬氣，焊接電流分別選擇180A、200A、220A與240A。

2 焊接電流對接頭組織的影響

在對ZM6鎂合金進行補焊的過程中，不同焊接電流會對焊接接頭造成不同的影響。在顯微鏡下，根據其晶粒大小就可以區分焊縫區與熱影響區。焊縫區組織相對較為細小，且與熱影響區的組織均呈現出特征較為顯著的等軸晶組織，同時對于熱影響區來說，其與母材區的晶粒大小沒有較大的差異，且不會出現晶粒粗化現象。晶粒尺寸的大小可以采用截線法來進行計算，根據計算結果發現，平均晶粒尺寸會隨著焊接電流的增大而減小，但其變化幅度卻不是很大。通過能量守恒定律來對焊接線能力進行計算，隨著焊接電流的不斷增大，單位時間內輸入給焊縫的熱能就會不斷增多，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系就為正比例，隨著焊接電流的增加，焊接線的能量也就會相應增大，輸入的焊接熱量就越多。

同時焊接電流還會對顯微硬度產生影響。根據相關的研究顯示，平均硬度最大的是焊縫區，但在緊挨母材區的熔合區，焊縫區的硬度值會稍有下降。在硬度方面，熱影響區與母材二者之間的差異較小，熱影響區的變化值較大，但無規律可循，相對來說，母材區的硬度值較為平穩，因此，在距熔合線距離較遠的情況下，其硬度值越穩定。

3 焊接電流對拉伸性能的影響

采用不同的焊接電流對焊接樣品進行拉伸試驗，經過多次試驗結果可以證明，焊接電流的大小會影響到樣品的拉伸性能，其抗拉強度表現為先增后減。通過4種電流強度的拉伸強度結果對比可知，當焊接電流在 220 A 以下時，焊接接頭的強度達到136 MPa，為最高強度。母材的平均抗拉強度為140Mpa。焊后，樣品與母材相比其最高抗拉強度無明顯差異。當焊接電流大于240 A 后，樣品的抗拉強度快速降低至87MPa。

TIG焊電弧能量與焊接電流成正比，當熱輸入過大時，會使焊接接頭過熱嚴重，造成晶粒粗大，使焊件出現裂紋。焊接裂紋是在焊縫熔融金屬液結晶過程中出現的。在焊接電流設定為240A時，焊縫結晶拉伸力產生的應變量增大，超過了脆性溫度區間的最低塑性要求。同時，熔池中金屬溶液也在結晶階段的后期，熔池已經被固相物質占滿，而液相流動能力較低，無法對已經出現的裂紋進行補縮，最終導致裂紋的出現。在電流加大的焊接操作后試驗樣品出現焊接裂紋，從而降低金屬材料的整體性能。根據焊縫區顯微組織分析結果可以看出，焊縫區晶粒尺寸會隨著電流的增加而減小。并通過由霍爾-佩奇公式計算可以得出，隨著晶粒尺寸的減小，其材料的強度會相應增加。由于焊縫區晶粒細化可以有效提高材料的強度，焊接裂紋會降低材料的強度。因此焊縫區的抗拉強度呈現出先增后減的變化趨勢，同時若焊接電流達到220 A時，此時焊接樣品的拉伸性能最好。

4 焊接電流對ZM6鎂合金薄壁件焊接接頭其他方面的影響

根據長期的焊接經驗來看，焊接電流的大小不僅會影響到焊縫質量與使用壽命，同時也會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，并且會在這一過程出現燒穿、咬邊、漏焊等焊接缺陷;焊接電流太小時，其在焊接過程中就會出現未焊透以及夾渣等情況，從而影響焊縫質量。

5 結束語

在現代工業生產要求越來越嚴格的環境下，合金焊接工藝對產品質量的要求越來越高。鎂合金壓鑄產品中復雜結構的成形，需要通過焊接技術來完成。只有通過不斷的試驗研究，優化焊接工藝參數，才能有效提高產品的技術要求。在這一過程中，就要求相關的技術人員要合理控制焊接電流，減少焊接電流對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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作者簡介：張瑞珍（1989-），女，新疆石河子人，學士，助教，研究方向：材料科學與工程。