[发明专利]一种减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的熔覆剂及TIG焊接方法

说明书

本发明公开了一种减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的熔覆剂及TIG焊接方法，所述熔覆剂包括以下质量百分比含量的各组分：15‑37％二氧化硅，60‑80％碳化钛，3‑8％氟锆酸钾。TIG焊接前在母材坡口表面处涂覆一层熔覆剂，经预热处理后通过较小电流焊接将坡口表面处熔覆剂熔化形成均匀熔覆层；再采用常规TIG焊完成连接，可得到热影响区较小的镁稀土合金焊接接头。本发明能够显著减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的宽度，有效提高镁稀土合金TIG焊接头的力学性能。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及的是一种减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的熔覆剂及TIG焊接方法。具体的说，涉及一种保证必要焊接热输入不变的基础上，通过该熔覆剂形成的熔覆层可以减小镁稀土合金TIG焊接头的热影响区宽度的TIG焊接方法。

背景技术

随着重要装备领域对轻量化的需求越来越高，镁稀土合金凭借其密度低、比强度比刚度高、电磁屏蔽性好、耐蚀耐热能力优良等性能特性展现出了广阔的应用前景，在航空航天、交通运输、国防军工等领域具有独特的吸引力。镁稀土合金的应用情景也逐步从结构较简单的零部件转变为发动机机匣、导弹舱体、卫星支架等大型复杂结构件，因此对于镁稀土合金复杂构件的成型工艺也提出了更高需求。

而通过使用焊接工艺，可将小型、简单的铸件进行连接，进而获得结构复杂程度较高的镁稀土合金构件。目前应用在镁稀土合金的焊接工艺中最多的主要为钨极氩弧焊(TIG焊)，由于TIG焊的运行成本和设备成本较低，而且可以手动操作而对弧面、内腔等较复杂的部位进行焊接，因此具有独特的技术优势，被广泛的应用在镁稀土合金大型结构件的生产中。但是目前在常规的TIG焊中也存在一些问题，相比于电子束焊、激光焊等先进焊接工艺，TIG焊接中热源的能量密度较低，因此在焊接过程中热输入相对较大，而热影响区是在焊接热循环的作用下，焊缝两侧处于固态的母材发生组织和性能变化的区域。且镁稀土合金的热导率较高，导致焊缝区向母材传递的热量较多，因此在TIG焊中热影响区宽度较大，且会造成晶粒粗大、过烧和共晶组织连续等问题，严重降低接头性能。因此，开发无热影响区或窄热影响区的新型TIG焊工艺对镁稀土合金接头力学性能至关重要。

为了解决TIG焊中存在的问题，使TIG焊接接头的热影响区减小，可以通过减小焊接热输入量和促进熔合区金属快速冷却两种方式。经文献检索发现，TIG焊Mg-Nd-Gd-Zn-Zr合金焊缝组织和性能(《焊接技术》2011；40(12)：pp 12-14)中记载了当焊接电流较小时，镁稀土合金TIG焊接接头的热影响区不明显。然而焊接热输入较小时在熔合区极易形成未焊合缺陷，不适用于中厚板焊接，由此限制了TIG焊的应用范围。钛合金薄板带热沉的TIG焊温度场(《焊接学报》2003；(01)：pp 69-72)中描述了一种在热源之后紧随起冷却作用的热沉装置，该热沉装置的使用能够提高熔池的冷却速度，不仅能够细化熔合区的晶粒尺寸，还能够显著抑制热影响区的形成。然而该工艺会增加焊接工装的复杂程度，且会降低熔池的流动性进而影响接头的成型性能，不利于实现工业推广。因此，在保证必要热输入且不增加焊接工艺复杂程度的前提下，通过阻碍熔池热流向母材传递以抑制热影响区的形成是一种更好的解决思路，相关研究还未见任何报导。

综上所述，常规镁稀土合金TIG焊热影响区较宽导致接头性能降低是一个急需解决的关键难题，其主要原因是TIG焊时保证接头成型良好时所需的热输入较大。因此，针对镁稀土合金TIG焊接开发一种用于阻碍熔池热量向母材传导的熔覆层对抑制热影响区的形成从而提高接头性能具有十分重要的意义。

发明内容

针对镁稀土合金常规TIG焊的上述不足，本发明的目的在于解决利用常规TIG焊对镁稀土合金进行焊接的过程中容易产生较宽热影响区而降低焊接接头力学性能的问题，提供一种减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的熔覆剂及TIG焊接方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种减小镁稀土合金TIG焊接头热影响区的熔覆剂，其特征在于，包括以下质量百分比含量的各组分：15-37％二氧化硅，60-80％碳化钛，3-8％氟锆酸钾。