哈尔滨理工大学荣成学院
专科生毕业设计
题 目： 镁合金自行车架的TIG焊技术 专业年级： 焊接09-2班 学生姓名： 徐 凯 学 号： 0930150226 指导教师： 兰 虎
哈尔滨理工大学荣成学院
完成时间： 2012 年 6 月 22 日
哈尔滨理工大学专科生毕业论文
哈尔滨理工大学荣成学院 专科生毕业设计（论文）评语
学生姓名：徐凯 学号：0930150226 学 院：荣成学院 专业：焊接09-2班 任务起止时间：2012年5月7日至2012年6月22日 毕业设计（论文）题目： 镁合金自行车架的TIG焊技术 指导教师对毕业设计（论文）的评语： 指导教师签名： 指导教师职称： 评阅教师对毕业设计（论文）的评语： 评阅教师签名： 评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计的评语： 答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名： 职称： 年 月 日
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哈尔滨理工大学荣成学院 专科生毕业设计（论文）任务书 学生姓名：徐凯 学号：0930150226 学 院：荣成学院 专业：焊接09-2班 任务起止时间： 2012年5月7日至2012年6月22日 毕业设计（论文）题目： 镁合金自行车架的TIG焊技术 毕业设计工作内容： 通过图书馆、资料室、调查研究等三方面资料收集，了解镁合金应用现状。 1．确定题目，了解毕业设计内容，收集资料（5月7日——5月13日） 2．分析研究资料，明确研究核心，确定论点及分论点（5月14日——6月3日） 3．撰写论文，准备毕业答辩（6月4日——6月22日） 资料： 1．赵志刚．镁合金自行车架焊接工艺． 2．刘会杰．焊接冶金与焊接性． 3．乌日根．焊接质量检测． 指导教师意见： 签名： 年 月 日
系主任意见： 签名： 年 月 日 哈尔滨理工大学专科生毕业论文
镁合金自行车架的TIG焊技术
摘要
镁合金作为最轻的工程金属材料，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。镁及镁合金作为轻金属材料中的一个非常重要的金属材料， 其开发、利用的水平高低对材料学科本身的发展及对社会的发展都有一定的意义。
TIG焊是目前自行车生产厂家中比较常见的焊接方法。拉伸性能测试表明，采用填丝交流TIG方法焊接镁合金，可以获得高质量的焊缝，其焊接接头强度可以达到母材的93.5%左右，高于不填丝焊接接头。如何优质的镁合金焊接接头是本文主要的内容。
本文通过对镁合金自行车车架TIG焊焊接特点、焊接工艺以及焊后质量控制三方面的分析和研究，以确保得到优质的焊接接头。焊接工艺：热量过大会导致焊缝成型不良和焊缝背面塌陷，所以在焊接过程中要减小热量的输入；热应力过大会导致焊缝产生热裂纹，在焊接过程中要尽量避免焊缝热应力集中；焊接前要对工件表面进行清理、在干燥的焊接环境下工作、避风等可以防止气孔和裂纹的产生，也是防止和减少焊缝发黑的问题。正确选用焊接材料、焊接前对坡口和焊丝进行彻底清理、施工环境保证避风干燥、选择合适的焊接电流等方法可以提高镁合金自行车车架TIG焊焊缝质量，减少焊接缺陷。
关键词 镁合金；钨极氩弧焊；热应力；焊接缺陷
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目录
摘要…… .................................................................................................... I
第1章 绪论 ............................................................................................... 3 1.1 引言 ................................................................................................ 3 1.2 镁合金的应用现状 ........................................................................ 3 1.3 镁合金的焊接技术 ........................................................................ 4 1.3.1 搅拌摩擦焊 ............................................................................. 4 1.3.2 激光焊 ..................................................................................... 5 1.3.3 钨极氩弧焊 ............................................................................. 5 1.4 本文主要研究内容 ........................................................................ 5 第2章 镁合金自行车架TIG焊焊接工艺 ................................................ 6 2.1 镁合金自行车车架的特点 ............................................................ 6 2.1.1 结构特点 ................................................................................. 6 2.1.2 焊接特点 ................................................................................. 7 2.2 镁合金自行车架的焊接实施 ........................................................ 9 2.2.1 焊前准备及工艺设计原则 ..................................................... 9 2.2.2 TIG焊焊接工艺 ........................................................................ 9 2.3 本章小结 ...................................................................................... 11 第3章 镁合金自行车架焊接质量控制 ................................................. 12 3.1 镁合金自行车车架TIG焊质量要求 ........................................... 12 3.2 镁合金自行车车架TIG焊质量检查方法 ................................... 12 3.2.1 非破坏性检验 ....................................................................... 12 3.2.2 破坏性检验 ........................................................................... 13 3.3 镁合金自行车车架的焊接缺陷及改进措施 .............................. 13 3.3.1 焊接缺陷 ............................................................................... 13 3.3.2 改进措施 ............................................................................... 14 3.4 本章小结 ...................................................................................... 16 结论 ......................................................................................................... 17 参考文献 ................................................................................................. 18
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第1章 绪论
镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小，比强度高，弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。因此镁合金在各个行业具有广泛的应用。
1.1 引言
镁合金作为最轻的工程金属材料，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。当前资源和环境已成为人类可持续发展的首要问题。随着金属材料消耗量的急剧上升和科学技术的飞速发展、大规模生产工艺的出现和广泛使用，使地球表壳的资源日趋贫化。镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一，占地壳表层金属矿含量的，其在盐湖及海洋中的含量也十分巨大，而合理使用、节约和保护资源，提高资源的利用率，从传统的高消耗模式向可持续发展模式转变，也已经受到社会各界的普遍重视。因此，在很多传统金属矿产趋于枯竭的今天，加速开发镁材料对保持社会可持续发展具有重要的战略意义。镁及镁合金作为轻金属材料中的一个非常重要的金属材料，其开发、利用的水平高低对材料学科本身的发展及对社会的发展都有一定的意义。随着镁合金的不断发展，镁合金及其焊接技术的发展比任何时期都快，从焊接方法、焊接材料到焊接设备等方面都不断有新的突破，为镁合金焊接生产向优质、高效、低成本的方向发展提供了前所未有的良好条件，并大大促进了镁合金的产业化进程。随着对镁合金的进一步研究和在各个领域中更加广泛的应用，开展镁合金焊接技术的研究工作显得尤为重要和迫切，提高镁合金的焊接性、获得优质焊接接头是进一步拓宽镁合金应用范围的重要条件[1]
。
1.2 镁合金的应用现状
镁合金是工程应用中最轻的金属结构材料，用镁代替铝和钢铁可大大减轻结构重量，减重对航天航空电子和通讯等结构件，尤其是交通运输工具具有非常重要的意义。
主要应用领域：
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1.航空航天工业。镁合金的特点可满足于航空航天等高科技领域对轻质材料吸噪、减震、防辐射的要求，可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构重量。
2.国防工业领域。由于镁及镁合金耐冲击，如果能够开发出与铝合金耐蚀性能相当的镁合金，则其在兵器等各种军用领域将有着广阔的应用前景。如照明弹用镁粉、穿甲弹用高比强度镁合金弹托材料，以及可用变形镁合金制造的战术航空导弹舱段、副翼蒙皮、壁板和雷达、卫星上用的镁合金井字梁、相机架和外壳等零件
3.镁合金在汽车工业的应用。镁合金汽车零件的好处可简单归纳为：密度小，可减轻整车重量，间接减少燃油消耗量；镁比强度高于铝合金和钢，比刚度接近铝合金和钢，能承受一定负荷；镁具有良好的铸造性和尺寸稳定性，容易加工，废品率低；镁具有较高阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，用于壳体可降低噪声，用于座椅、轮圈可以减少振动，提高汽车的安全性和舒适性[2]。
1.3 镁合金的焊接技术
我国镁合金焊接技术发展较为缓慢，镁合金由于其自身的物理化学特点，导致其焊接有很大困难，满意的焊接质量不易获得。镁合金自身的性能特点决定了在镁合金焊接过程中存在很多问题，其焊接性能较差，很难获得性能可靠的焊接接头，因此，实现镁合金优质焊接是比较困难的，在焊接时容易产生裂纹、气孔、飞溅等缺陷。但由于工业的迫切需要以及镁合金的广泛应用，镁合金焊接技术研究已成为国内外学者研究的主要方向之一，镁合金的但是由于工业的迫切需要，许多科学工作者做出了很大的努力，并取得了一些重要成果[3]。现阶段镁合金的主要焊接方法：
1.3.1 搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊不同于熔化焊，它是一种新型的固相连接技术，利用特制的搅拌头插入工件待焊部位，一边高速旋转一边向前移动，搅拌头与工件强烈的搅拌摩擦产生热量，使得搅拌头附近的金属呈热塑性状态，在搅拌头转动摩力的作用下，搅拌头前面的热塑性金属被挤压流动到搅拌头后面，填满搅拌头向前移动所形成的空腔，焊缝金属在高温搅拌下发生塑性变形和扩散再结晶，形成焊缝。搅拌摩擦焊不需要填充材料，没有焊接烟尘和飞溅，焊前准备少，焊接变形小，试样表面成形良好，几乎没有裂纹等缺陷。焊接过程中接头金属呈塑性变化，其接头组织相当于锻造组织，接头强度几乎
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可以达到与母材等值[4]。
1.3.2 激光焊
激光焊是利用高能量密度激光束作为热源的一种高效精密的焊接方法。对镁合金激光焊的研究目前主要集中在镁合金的二氧化碳连续激光焊和YAG固体脉冲激光焊两个领域。能量高度集中的激光束使得焊接速度大大提高，焊接热输入小，热影响区窄，所获得的焊缝组织细小，焊缝强度高。焊接镁合金厚板时，激光深熔焊可生成大深度的小孔，一次焊透，这是传统TIG焊难以完成的。激光焊不需要真空条件，大气环境下即可以 直接焊接，激光束可灵活控制，能够焊接复杂三维零件，自动化程度高，如激光焊在汽车工业中就得到了较广泛的应用[5]。
1.3.3 钨极氩弧焊
TIG焊是目前镁合金焊接最常用的焊接方法之一，有填丝和不填丝两种，电极与填充丝是独立的，可以在大范围条件下稳定焊接。焊接镁合金中厚板时需要采用多层多道焊或者双面施焊，增加了施焊难度，且降低了生产效率。若在焊件表面涂敷活性剂，焊接时活性剂会引起电弧收缩或改变熔池内金属流态，增加焊接熔深，这种焊接方法就是活性A-TIG焊活性剂一般为单一活性剂TiO或氯化物。A-TIG焊焊缝熔深大，易实现镁合金中厚板的焊接，成本低，生产率高，应用前景广阔[6]。
针对目前的研究现状，为获得良好、可靠的焊接接头，今后镁合金焊接的研究重点应主要体现在如下几个方面：
1.加强镁合金焊接理论性的研究，通过输入的焊接控制参数、控制熔池或电弧的特征来提接接头的可靠性。
2.深入研究有潜力的焊接方法，特别是复合技术通过调整适当的工艺，充分发挥各自优一步提高焊接接头的综合性能。
3.加强研制开发镁合金与异种材料的焊接，通过各种应用软件的研究，建立起对焊接过度场的模拟，以便更好地控制整个凝固过程[7]。
1.4 本文主要研究内容
本文主要研究TIG焊在焊接镁合金自行车架时焊接工艺、所产生的主要缺陷，以及施焊过程中可能遇到的焊件变形等问题。本文主要阐述一些防止措施及观点。
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第2章 镁合金自行车架TIG焊焊接工艺
对于自行车架这种薄壁批量生产的产品，通常采用交流TIG焊接。这也是在目前自行车生产厂家中比较常见的焊接方法。选用品质优良、电弧稳定的交流钨极氩弧焊方法，采用大电流、快速焊工艺参数和刚性固定等措施，可以获得优质的镁合金焊接接头。
2.1 镁合金自行车车架的特点
2.1.1 结构特点
自行车车架相当于人的骨架、有了车架才能装上各种自行车零件。车架由铁、铝合金、镁合金等材料组成、根据管材的长短构成的角度等影响整体自行车的特性。在不减低强度的基础上，出现了采用铁以外的材料的车架，比如镁合金材料（如图2-1所示）。
图2-1 镁合金自行车架
镁合金加工过程及腐蚀和力学性能有许多特点：散热快、质量轻、刚性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、抗冲击、耐磨、衰减性能好及易于回收，另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。镁合金制作的车架轻而价格低是它的优点。镁合金制作的车架比强度高，弹性模量大，消震性好，承受冲击载
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荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。这种最新的镁合金车架对车手来说，具有足够的轻量与刚性。通过镁合金可以制作足够轻的车架，而且镁合金车架长时间使用外观不怎么变化，镁合金本身是具有一定的抗腐蚀能力。在空气中抗氧化能力也很强。并且骑这种材料制造的自行车时，骑的次数越多，应力发生的次数也高，强度也显著引起变化。目前，自行车正朝着轻便、高强度、高舒适度和低成本的方向发展。国内外的研究人员更是将自行车的省力与安全性能放在了首位。由于镁合金比钢的强度低，因此最初仅应用在自行车身的少数零件，如手把、前叉和脚踏板等。研究人员发现，自行车架的断裂往往发生在焊接结合点处，例如前管与下管结合点处，立管与下管结合点处（如图2-2所示）。
图2-2 镁合金自行车架立管与下管TIG焊焊缝
这说明自行车架的使用材料只要达到一定的要求即可，不必完全局限于钢材料。镁合金性能虽然不如钢，但是其性能已经可以满足自行车架的要求。同时，车架更新换代非常快，用压铸件的铸模成本很高。目前许多焊接方法都可以很容易地将镁合金焊接成车架，且焊接的效率高，许多镁合金都不需要进行热处理，加工控制稳定，成本较低。
2.1.2 焊接特点
1.材料成分及力学性能
镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。根据元素含量不同，镁合金分为AZ31系、AZ61系、AZ91系等。自行车架常选用AZ31B或者AZ61A。适用于自行车架的镁合金材料的元素基本含量如表2-1
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所示。1~4号母材分为AZ31A、AZ62A、AZ62B、AZ62C。
试件号 1 2 3 4
表2-1 镁合金车架材料分析（元素含量%） Al Si Mn Zn 3.13~3.35 0.05~0.12 0.26~0.34 1.40~1.55 4.45~5.19 0.00~0.12 0.34~0.35 1.79~2.24 5.67~5.74 0.45~0.86 0.45~0.47 1.57~1.90 5.06~5.51 0.03~0.17 0.02~0.32 2.5~2.77
Mg 余量
余量 余量 余量
力学性能有许多特点：质量轻、刚性好、比强度高、抗冲击、耐磨、衰减性能好、弹性模量大、消震性好、具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性、承受冲击载荷能力比铝合金大。
2.镁合金焊接性
对于自行车架这种薄壁批量生产的产品，通常采用TIG焊接。这也是在目前自行车生产厂家中比较常见的焊接方法。镁合金由于其自身的物理化学特点，导致其焊接有很大困难，满意的焊接质量不易获得。镁合金自身的性能特点决定了在镁合金焊接过程中存在很多问题，其焊接性能较差，很难获得性能可靠的焊接接头，因此，实现镁合金优质焊接是比较困难的。
(1) 镁合金在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化物熔点高，不易去除，阻碍母材的熔化和熔合，使焊缝成形比较困难，影响镁合金的焊接性。
(2) 镁合金熔点低，易熔化，但其比热和熔化潜热大，导热率大，局部加热较困难，所以镁合金焊接性较差。
(3) 镁合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。故镁合金凝固时体积收缩率较大，焊件的应力和变形也较大，焊缝成形困难。
(4) 镁合金对光、热的反射能力较强，固、液态转变时，没有明显的色泽变化，焊接操作时对熔池状态的判断较难。且高温时铝镁合金强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿[8]。
以上物理特性决定了镁合金焊接有很大困难，焊接质量不易获得，因此镁合金焊接性较差。但是，拉伸性能测试表明，采用填丝交流TIG方法焊接镁合金，可以获得高质量的焊缝，其焊接接头强度可以达到母材的93.5%左右，高于不填丝焊接接头。镁合金具有电阻率小、密度低、线膨胀系数大、导热系数大、金属原子活性大等物理特性[9]。
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2.2 镁合金自行车架的焊接实施
2.2.1 焊前准备及工艺设计原则
1.焊前准备
(1) 焊接前，必须穿好帆布工作服，戴好电焊手套和面罩。 (2) 应根据焊接电流的大小选择不同号数的护目玻璃镜片。 (3) 焊炬上加防弧罩，以防止弧光的直接照射；为防止邻近操作者受弧光的照射，可加设隔光屏板。
(4) 提供良好的通风条件，将焊接烟雾排除或吹散，或直接在焊枪上装上抽风装置，改善劳动条件。
(5) 在实作过程中督促、检查劳保用品的穿戴和安全操作规程的执行情况。
(6) 焊接设备的电路、气路检查。焊前要对焊接设备的电路、气路进行认真仔细的检查，确认其全部正常后方可开机工作，以免由于焊接设备的故障而造成焊接缺陷。
(7) 焊前清理，认真清理试板焊接部位附近20 mm范围内及坡口正、反面的油污、锈蚀、水分以及其他污物，直至焊接部位露出金属光泽。
2.镁合金自行车架交流氩弧焊接工艺设计原则
(1) 减小热输入量，保障焊缝成型和防止背面塌陷。 (2) 减小热应力，防止焊缝产生热裂纹。
(3) 焊前表面清理和保护电弧区域清洁是防止气孔和裂纹产生的重要因素，也是防止和减少焊接区域发黑问题的措施之一[10]。
2.2.2 TIG焊焊接工艺
镁合金自行车架的TIG焊，可以采用断弧脉冲交流TIG焊接和连弧交流TIG焊的两种焊接工艺。断弧焊接的焊接工艺：
1.镁合金母材和焊丝焊前必须经过严格的化学和机械清理，去除油污、氧化膜，机械清理时用不锈钢刷和非硅类打磨材料。放置时间过长时，需重新打磨。
2.采用带脚踏开关并可调节电流的时代WSE-315焊机，关掉爬坡和下坡电流功能。
3.采用99.99%纯度的氩气保护。
4.对口间隙尽量小，并将工件用夹具固定好。
5.采用左焊法。焊枪距离工件的距离尽量小，焊丝放在待焊焊
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缝上，角度尽量与焊缝平行。
6.对准起焊部位，起弧后拉高电弧，预热1~2 s，根据熔池温度开始填充焊丝，电弧指向焊丝。
7.利用脚踏开关快速加大电流形成熔池后，逐步减小电流至维弧状态，移动焊枪至下一步，完成一个断弧脉冲循环，再加大电流形成下一个熔池，这样逐步形成焊缝。
我国天津区域的自行车厂一般采用的是断弧脉冲交流TIG焊接工艺，工艺参数（如表2-2所示）。
焊接电流（A） 30~150 表2-2 断弧脉冲交流TIG焊接工艺参数
频率气体流量钨极直径填丝直径清理强（Hz） (L/min) （mm） （mm） 度 50 10 3.2 2.5~4 35% 钨极伸出
长度（mm）
2~3 连弧焊接的焊接工艺：
连弧焊工艺被除天津以外的镁合金自行车厂所采用，利用小电流，快速移动来减少焊接热输入，同时采用低电弧的方法来避免表面污染。焊接工艺程序如下：
1.镁合金母材和焊丝焊前必须进行严格的化学和机械清理，去除油污、氧化膜，机械清理时用不锈钢刷和非硅类打磨材料。
2.面板控制或带遥控并可调节电流手操盒，连接到时代的WSE-315焊机。关掉爬坡和下坡电流功能。
3.采用99.99%纯度的氩气保护。
4.对口间隙尽量小，并将工件用夹具固定好。
5.采用左焊法。焊枪距离工件的距离尽量小，焊丝放在待焊焊缝上，角度尽量与焊缝平行。
6.对准起焊处，起弧后拉高电弧，预热1~2 s，电弧指向焊丝。 7.形成熔池后快速移动，左手填丝，形成焊缝。连弧交流TIG焊接工艺参数（如表2-3所示）[11]。
焊接电流（A） 50
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表2-3 连弧交流TIG焊接工艺参数
频率气体流量钨极直径填丝直径清理强（Hz） (L/min) （mm） （mm） 度 50~60
8
2.4
2.5~4
35%
钨极伸出
长度（mm）
2~3
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2.3 本章小结
本章主要内容，指出镁合金做自行车架的原因，优点及相比其他材料的优势。确定TIG焊为焊接方法，指出工艺和参数。
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第3章 镁合金自行车架焊接质量控制
镁合金自身的性能特点决定了在镁合金焊接过程中存在很多问题，其焊接性能较差，很难获得性能可靠的焊接接头，因此，在焊接时容易产生裂纹、气孔、飞溅等缺陷。因此镁合金自行车车架焊接质量控制成为研究的重点。
3.1 镁合金自行车车架TIG焊质量要求
镁合金的自行车架用材主要是壁厚为1.5 mm到3 mm的薄壁管，钨极电弧稳定，即使在很小的焊接电流（<10 A）下仍可稳定燃烧，特别适用于薄板，超薄板材料焊接。在焊接过程中氩气能有效地隔绝周围空气，钨极氩弧焊过程中电弧还有自动清除工件表面氧化膜的作用。热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调节，可进行各种位置的焊接，也是实现单面焊双面成形的理想方法。TIG焊接方法焊接镁合金自行车车架焊接缺陷较少，容易达到质量要求：
1.焊缝背面无塌陷； 2.焊缝及周围无发黑； 3.无焊接裂纹和气孔；
4.焊缝有一定的熔深和强度； 5.无内部缺陷。
3.2 镁合金自行车车架TIG焊质量检查方法
镁合金自行车车架TIG焊焊后质量检测方法分为非破坏性检验和破坏性检验两种。
3.2.1 非破坏性检验
1.外观检验：以目测观察为主，并可以借助低倍放大镜观察。通常观察焊缝外形尺寸及形状的缺陷、焊接接头几何尺寸的缺陷、是否出现咬边、凹坑或弧坑、烧穿、表面气孔和表面裂纹等缺陷。此法用于发现焊接接头的外部缺陷。焊接接头外部缺陷的存在，通常是产生内部缺陷的标志。
2.无损探伤：包括着色渗透探伤、磁粉探伤、超声波探伤、射
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线探伤等。主要检测焊缝未焊透、未融合、内部气孔和内部裂纹等缺陷。
3.2.2 破坏性检验
破坏性检验是镁合金自行车车架TIG焊焊后最简单直接的焊接质量检测方法。通过强力破坏焊缝形成的断口来检测焊缝质量是否合格（如图3-1所示）。
(a)带有焊缝的端口 (b)无焊缝端口
(c)切割焊缝 (d)焊缝断面
图3-1 镁合金自行车车架TIG焊焊缝断口图片
图3-1所示为现场进行强力破坏的断口照片。从图3-1a和图3-1b的断口照片可以看出，焊缝有一定的熔深和强度，破坏发生在母材部分，说明焊接的焊缝强度达到要求。图3-1c和图3-1d所示为经过锯切开口后，撕裂的焊缝照片，可以看出焊缝断口完整，无内部缺陷产生[12]。
3.3 镁合金自行车车架的焊接缺陷及改进措施
3.3.1 焊接缺陷
镁合金的自行车架用材主要是壁厚为1.5 mm到3 mm的薄壁管，由于镁合金的表面有一层高熔点的金属氧化膜，且从固态加热
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到熔化时没有明显的颜色变化，因此，用交流TIG焊接方法引起的主要焊接缺陷是：
1.气孔（如图3-2所示）图3-2a为宏观，图3-2b为微观
(a)气孔宏观图 (b)气孔微观图
图3-2 气孔
2.裂纹
3.氧化物夹渣和夹钨 4.电弧灼伤焊件
5.焊缝及周围发黑（如图3-3所示）
图3-3 焊缝及周围发黑
6.大的热输入引起的焊缝背面塌陷
综上所述，镁合金焊接时极易形成氢气孔、裂纹、氧化物夹渣、夹钨、电弧灼伤焊件、焊缝及周围发黑、高热输入引起的焊缝背面塌陷等焊接缺陷，而氢气孔更是铝镁合金最常见的缺陷[13]。
3.3.2 改进措施
1.正确选则焊接材料和适合的施工条件
为了减少镁合金焊接时氢气孔的产生几率，减少水分对焊接质量的影响，焊接时应严格控制氩气的纯度，其纯度应不低于99.99%，水分含量小于0.08%，必要时应进行干燥处理；所用氩气应符合GB/ T 4842~1995(纯氩)的要求，当氩气瓶压力低于0.5 MPa 时，不能使用。
通过控制施工环境条件可以从一点程度上避免焊接裂纹和氢气
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孔的产生，因镁合金的导热率和线膨胀系数较大，如果施工环境温度太低将会使焊缝产生较大的内应力而引起变形和出现热裂纹，所以镁合金焊接时环境温度应不低于5 ℃。
为减少焊缝氢气孔的产生，施工环境的相对湿度应小于80%，风速小于2 m/s。所以焊接区域应设置适当的防护措施，使其不受风、雨、雪的侵袭。在施工过程中，可用空气去湿机、碘钨灯烘烤、局部加热等方法以保证适宜的施工条件。其中空气去湿机去湿与碘钨灯去湿适合于作业空间小、环境湿度不大(相对湿度低于90%)的环境条件。而局部加热去湿在作业空间大、环境湿度大(相对湿度大于 90%)的条件下效果较好。
2.坡口和焊丝的清理
为减少氧化物夹渣和夹钨等缺陷，镁合金焊接时，焊前应严格清除焊口及焊丝表面的氧化膜和油污，通常采用化学清洗和机械清理：
(1) 化学清洗：化学清洗效率高，质量稳定，可用浸洗法和擦洗法。清洗时用丙酮、汽油、煤油等有机溶剂去除表面油污，然后用40~70 ℃的5%~10%Na0H溶液洗3~7 min，流动清水冲洗，再用室温至60 ℃的30%HNO3溶液酸洗1~3 min，流动清水冲洗，最后进行风干或低温干燥。
(2) 机械清理：清理时先用丙酮、汽油等有机溶剂擦试表面除油，随后直接用直径为0.15~0.2 mm的铜丝刷或不锈钢丝刷子刷，直到露出金属光泽为止。清理时一般不宜用砂轮或普通砂纸打磨，以免砂粒留在金属表面，焊接时进人熔池产生渣等缺陷。另外也可用刮刀、锉刀等清理待焊表面。
工件和焊丝经过清洗和清理后，在存放过程中会重新产生氧化膜，特别是在潮湿环境下，在被酸、碱等蒸气污染的环境中，氧化膜形成得更快。因此，工件和焊丝清洗和清理后到焊接前的存放时间应尽量缩短，在气候潮湿的情况下，一般应在清理后4 h内施焊。清理后如存放时间过长(如超过24 h) 应当重新处理[14]。
3.采用正确的焊接工艺及参数
为了减少电弧灼伤焊件、焊缝及周围发黑、大的热输入引起的焊缝背面塌陷等缺陷，须采用合理的焊接工艺，选择正确的焊接工艺参数，优化焊接程序，这将会对提高镁合金自行车车架TIG焊焊接质量起很大的作用：
(1) 引弧时不允许钨棒与工件接触引弧，不得在母材或焊缝区直接引弧，应将钨极在引弧板上燃烧炽热后，再到焊缝处引弧。要求熄弧时应将弧坑填满，缩小熔池，避免产生缩孔，终点的结合处应
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焊过20~30 mm确保焊缝的组对间隙和错边量均符合要求。同时也可以避免电弧灼伤焊件。
(2) 镁合金的焊接质量与组对间隙和错边量有至关重要的关系。组对间隙过大会造成下凹和焊瘤，会出现严重的根部氧化现象，焊缝内会生成大量的、连续的链状和密集型气孔。所以焊接时应确保焊缝的组对间隙和错边量均符合要求。
(3) 镁合金正式施焊前应进行焊前预热。加热方式可以采用氧、乙炔中型焰或弱的还原焰在距焊缝50 mm之外加热，两只烤枪对称相向进行全周预热，严禁在焊缝处预热，预热温度为100~150 ℃，当预热温度降至50~60 ℃时起焊。预热可以烧去焊前焊缝的水分和杂物，还可以使焊件减小变形、产生气孔等缺陷。
(4) 对于单面焊的第一遍焊道必须保证焊透，背面透过均匀。操作时可根据熔池的大小和塌落情况来判断是否焊透；遇到有定位焊之处，可适当拉长电弧、放慢速度，以保证焊透。
(5) 防止大量的热输入引起的焊缝背面塌陷等缺陷，进行镁合金焊接时应根据管线厚度选择合适的焊接工艺参数。
4.施工时应注意的事项
为保证镁合金的焊接质量，焊接时应注意以下几个问题：
(1) 施工现场应保持清洁，焊工应穿干净的工作服，带干净的手套。
(2) 焊前应仔细检查焊件、焊丝表面的清理情况及焊机的控制线路、水路、电路系统的工作情况。
(3) 严禁在焊件表面任意引弧，焊接前应在引弧板上试焊，并测定提前送氩气及滞后停氩气的时间是否符合工艺要求。
(4) 焊接过程中，如果不慎将焊丝触及电极或电极触及焊丝，会使熔池附近镁合金氧化发黑，此时应立即熄弧，将氧化发黑的地方清理干净后重新焊接[15]。
3.4 本章小结
镁合金的焊接过程中易出现缺陷，如何控制质量、减少焊接过程中产生的问题从而获得焊接接头质量好的焊缝及接头成为研究的另一个重点。
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结论
镁合金自行车车架通常采用交流TIG焊接。本文通过对镁合金自行车车架焊接特点、焊接工艺以及质量控制的研究的出一下结论：
1.采用填丝交流TIG方法焊接镁合金，可以获得高质量的焊缝，其焊接接头强度可以达到母材的93.5%左右，高于不填丝焊接接头。
2.焊接工艺：热量过大会导致焊缝成型不良和焊缝背面塌陷，所以在焊接过程中要减小热量的输入；热应力过大会导致焊缝产生热裂纹，在焊接过程中要尽量避免焊缝热应力集中；焊接前要对工件表面进行清理、在干燥的焊接环境下工作、避风等可以防止气孔和裂纹的产生，也是防止和减少焊缝发黑的问题。
3.质量控制：正确选用焊接材料、焊接前对坡口和焊丝进行彻底清理、施工环境保证避风干燥、选择合适的焊接电流等方法可以提高镁合金自行车车架TIG焊焊缝质量，减少焊接缺陷。
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