焊接电流对ZM6镁合金薄壁件焊接接头组织和性能的影响

摘 要：随着工业生产的发展，对焊接技术提出了多种多样的要求。如对焊接产品的使用方面提出了动载、强韧、高压、高温、低温、耐蚀等要求。在这一过程，由于越来越多的金属材料被人们所应用，且被广泛的应用于社会生产与生活等各个领域，因此对于焊接工艺水平的要求也越来越高。经过长期的实践证明，焊接电流的大小会在一定程度上影响到焊接接头组织及其性能。本文章就针对焊接电流对ZM6镁合金薄壁件焊接接头组织和性能的影响进行了深入的分析与研究。

关键词：焊接电流;ZM6;接头组织;性能

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

最轻的金属结构材料是镁合金，其综合性能具有显著的优异性，且被广泛的应用汽车生产制造业、航空、国防等工业领域。ZM6合金不仅具有较好的高温性能，同时其室温与加工性能也十分良好。但由于其生产难度相对较大，且在铸件的过程中容易产生缩松、缩孔以及夹渣等一系列缺陷。因此为了减少铸件的报废率，就要在补焊的过程中加强对焊接电流的控制，以此来降低对镁合金薄壁件焊接接头质量的影响。焊接参数是镁合金焊接头组织以及性能的关键影响因素。而TIG焊接技术较其他焊接方法焊接质量好，可焊金属多，适应能力强。由于钨极电弧稳定，在很小的焊接电流下也能稳定燃烧，热源与焊丝分别控制容易调节，因此特别适用于薄件、超薄件的焊接。而焊缝也能够与母材实现焊接的有效结合，在镁合金焊接中应用较为广泛。

1 研究方法与参数

本次研究选择TIG焊接工艺，研究对象选择ZM6镁合金薄壁件。ZM6镁合金薄壁铸件尺寸为200mm×100mm×4mm，主要成分为Mg，其余为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。焊絲材质与母材相同，Ф2.4mm*1000mm。焊接设备选择交流脉冲钨极氩弧焊设备，焊接过程中选择手工焊接，保护气体选择高纯度的氩气，焊接电流分别选择180A、200A、220A与240A。

2 焊接电流对接头组织的影响

在对ZM6镁合金进行补焊的过程中，不同焊接电流会对焊接接头造成不同的影响。在显微镜下，根据其晶粒大小就可以区分焊缝区与热影响区。焊缝区组织相对较为细小，且与热影响区的组织均呈现出特征较为显著的等轴晶组织，同时对于热影响区来说，其与母材区的晶粒大小没有较大的差异，且不会出现晶粒粗化现象。晶粒尺寸的大小可以采用截线法来进行计算，根据计算结果发现，平均晶粒尺寸会随着焊接电流的增大而减小，但其变化幅度却不是很大。通过能量守恒定律来对焊接线能力进行计算，随着焊接电流的不断增大，单位时间内输入给焊缝的热能就会不断增多，因此在焊接电压与速度保持不变的情况下，焊接线能量与电流之间的关系就为正比例，随着焊接电流的增加，焊接线的能量也就会相应增大，输入的焊接热量就越多。

同时焊接电流还会对显微硬度产生影响。根据相关的研究显示，平均硬度最大的是焊缝区，但在紧挨母材区的熔合区，焊缝区的硬度值会稍有下降。在硬度方面，热影响区与母材二者之间的差异较小，热影响区的变化值较大，但无规律可循，相对来说，母材区的硬度值较为平稳，因此，在距熔合线距离较远的情况下，其硬度值越稳定。

3 焊接电流对拉伸性能的影响

采用不同的焊接电流对焊接样品进行拉伸试验，经过多次试验结果可以证明，焊接电流的大小会影响到样品的拉伸性能，其抗拉强度表现为先增后减。通过4种电流强度的拉伸强度结果对比可知，当焊接电流在 220 A 以下时，焊接接头的强度达到136 MPa，为最高强度。母材的平均抗拉强度为140Mpa。焊后，样品与母材相比其最高抗拉强度无明显差异。当焊接电流大于240 A 后，样品的抗拉强度快速降低至87MPa。

TIG焊电弧能量与焊接电流成正比，当热输入过大时，会使焊接接头过热严重，造成晶粒粗大，使焊件出现裂纹。焊接裂纹是在焊缝熔融金属液结晶过程中出现的。在焊接电流设定为240A时，焊缝结晶拉伸力产生的应变量增大，超过了脆性温度区间的最低塑性要求。同时，熔池中金属溶液也在结晶阶段的后期，熔池已经被固相物质占满，而液相流动能力较低，无法对已经出现的裂纹进行补缩，最终导致裂纹的出现。在电流加大的焊接操作后试验样品出现焊接裂纹，从而降低金属材料的整体性能。根据焊缝区显微组织分析结果可以看出，焊缝区晶粒尺寸会随着电流的增加而减小。并通过由霍尔-佩奇公式计算可以得出，随着晶粒尺寸的减小，其材料的强度会相应增加。由于焊缝区晶粒细化可以有效提高材料的强度，焊接裂纹会降低材料的强度。因此焊缝区的抗拉强度呈现出先增后减的变化趋势，同时若焊接电流达到220 A时，此时焊接样品的拉伸性能最好。

4 焊接电流对ZM6镁合金薄壁件焊接接头其他方面的影响

根据长期的焊接经验来看，焊接电流的大小不仅会影响到焊缝质量与使用寿命，同时也会在一定程度上影响到其焊接的工作效率。焊接电流越大，其金属熔化速度越快，熔深越深，并且会在这一过程出现烧穿、咬边、漏焊等焊接缺陷;焊接电流太小时，其在焊接过程中就会出现未焊透以及夹渣等情况，从而影响焊缝质量。

5 结束语

在现代工业生产要求越来越严格的环境下，合金焊接工艺对产品质量的要求越来越高。镁合金压铸产品中复杂结构的成形，需要通过焊接技术来完成。只有通过不断的试验研究，优化焊接工艺参数，才能有效提高产品的技术要求。在这一过程中，就要求相关的技术人员要合理控制焊接电流，减少焊接电流对ZM6镁合焊接性能的影响，从而提升镁合金焊接加工的工艺水平。

参考文献：

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作者简介：张瑞珍（1989-），女，新疆石河子人，学士，助教，研究方向：材料科学与工程。