[发明专利]一种减少镁稀土合金铸件焊接裂纹的补焊方法

说明书

本发明公开了一种减少镁稀土合金铸件焊接裂纹的补焊方法；补焊前对已去除缺陷部位材料的镁稀土合金铸件进行固溶处理；随后在加热平台上利用超高频脉冲交流电弧的钨极氩弧焊对铸件进行填丝补焊；焊接完成后迅速将铸件放入热处理炉中进行焊后热处理，最后得到无焊接裂纹的镁稀土合金修复铸件。本发明不仅能够显著减少镁稀土合金在补焊过程中液化裂纹和结晶裂纹的产生，同时还能强化焊缝组织，有效提高镁稀土合金铸件的补焊质量。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种镁稀土合金修补焊接的工艺方法，具体地说，涉及一种减少镁稀土合金铸件焊接裂纹的补焊方法。

背景技术

作为一种新型轻质结构材料，镁稀土合金因具有密度低、比强度和比刚度高、韧性强、耐蚀和耐热能力优良等一系列优异性能，已被广泛应用于地面交通、航空航天、3C产品等重要装备减重领域。为了不断适应未来对装备轻量化愈发严格的要求，镁稀土合金的应用场合也将逐步从简单小型的零部件向大型、复杂、精密的关键结构件转变。高性能镁稀土合金目前已经在汽车、飞机、以及火箭等国防军工重要领域获得了广泛应用。

然而，大型复杂的镁稀土合金部件通常是通过低压砂型铸造工艺成型的，由于稀土元素和镁的化学性质都很活泼，同时在低压砂铸的长充型时间、慢冷却速率以及复杂型腔结构等工艺条件的综合影响之下，镁稀土合金砂型铸件中通常会不可避免地存在氧化夹杂、缩孔、缩松、夹砂、微裂纹等典型的铸造缺陷。同时，大型复杂的砂铸件在淬火过程中经常会由于温度场、应力场的不均匀分布而产生应力、开裂等热处理缺陷。上述这些成型缺陷不仅会严重降低铸件的力学性能与腐蚀性能，严重时还将导致整个产品直接报废，极大降低了制件成品率、提高了生产成本。因此，针对存在局部成型缺陷的镁稀土合金砂型铸件开发一种经济且操作灵活的修补焊接工艺就显得至关重要。

相比较于激光焊、电子束焊等先进的焊接方法，钨极氩弧焊不仅成本低廉，而且因其能够手工操作而对弧面、内腔等复杂部位的补焊显示出其独特的技术优势，因而被广泛应用于各类零件的补焊中。但是使用钨极氩弧焊进行补焊的劣势也很明显，如因焊接热输入较大导致热影响区较宽且在焊后容易出现裂纹、气孔等焊接缺陷，导致的补焊部位力学性能偏低，严重降低了修补焊接的合格率。焊接接头中的裂纹主要可分为两类：一类是多在熔合区出现的结晶裂纹，另一类是多在熔合区和热影响区的过渡区域附近出现的液化裂纹。产生裂纹的关键原因主要是熔池中的液相在凝固过程中会不断向晶间残余液相排出溶质原子，导致晶间低熔点的共晶成分液相最后凝固。而由于焊接接头将随着温度的降低不断产生收缩变形，晶间液膜也将受到拉伸而被撕裂而导致熔合区出现结晶裂纹。与此类似地是，液化裂纹主要是由于靠近熔池的热影响区受到高温加热作用，晶间的低熔点共晶组织或杂质元素含量较高的晶界处发生了局部熔化，并在随后的冷却过程中受到收缩应力而断裂。

由于砂型铸造凝固速度缓慢，砂型铸件中共晶组织往往更加连续粗大，在补焊过程中连续粗大的共晶组织更易发生熔化。加之补焊区域的应力场分布较传统对焊更为复杂，因而砂型铸件在补焊过程中出现焊接裂纹的可能性较传统焊件更高。为了抑制镁稀土合金焊接裂纹的产生，学术界和工业界都开展了大量的理论研究和工艺开发。经文献检索发现，ZM6镁合金铸件TIG焊补焊工艺(《焊接学报》2010；31(9)：pp 33-36)中记载了补焊前将ZM6镁稀土合金预热至230℃而制备得到无焊接裂纹的补焊接头。CN207414621U公开了一种焊接预热装置，焊前预热不仅能够清除待焊工件表面的油污、水分，防止焊接气孔的产生；还能有效减慢熔池的冷却速度、降低接头的收缩应力从而抑制裂纹的产生。然而预热改变不了热影响区及熔池晶间低熔点共晶液膜随温度降低而不得不承受拉应力的客观事实，由于高温下的共晶液膜强度极低，仅通过减慢冷却速度、降低收缩应力远不足以从根本上解决焊接裂纹的问题。镁合金铸件缺陷补焊技术(《焊接技术》2004；33(4)：pp 32-33)中公布了通过在补焊ZM5或ZM6镁稀土合金之前，在铸件裂纹的两端预先钻直径为2～3mm的止裂孔的方式以抑制裂纹的进一步延伸。但是开工艺孔显然会损伤铸件本体，严重降低铸件在服役过程中的疲劳寿命，因而此方法在绝大多数的实际工程应用中并不适用。