本發(fā)明屬于焊接工藝領(lǐng)域，具體涉及一種同步噴丸鎂合金焊接裝置及方法。
背景技術(shù)：
：焊接技術(shù)是鎂合金產(chǎn)品制造的關(guān)鍵加工技術(shù)，但鎂合金焊接性能不好，很難實(shí)現(xiàn)可靠連接。為此鎂合金結(jié)構(gòu)件以及鎂合金與其它材料結(jié)構(gòu)件之間的連接，成為制約鎂合金應(yīng)用的技術(shù)瓶頸和亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。鎂合金焊接接頭的可靠性已成為其應(yīng)用的迫切問(wèn)題，目前鎂合金正在應(yīng)用于眾多承力結(jié)構(gòu)件的制造，如汽車制造業(yè)中鎂合金方向盤骨架、動(dòng)力系統(tǒng)自動(dòng)變速箱、油底、鎂合金管材汽車底盤等。這些承力結(jié)構(gòu)件的焊接接頭強(qiáng)度、塑性及疲勞性能等問(wèn)題是產(chǎn)品安全可靠性的最基本而又最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。資料表明，在鎂合金焊接結(jié)構(gòu)的失效中，許多事故是由于焊接接頭的斷裂造成的。在實(shí)際工程應(yīng)用中，許多焊接結(jié)構(gòu)都是在交變的動(dòng)載荷下服役的，此時(shí)如果僅僅考慮焊接接頭的靜載抗拉強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度，那么焊接結(jié)構(gòu)很容易在正常服役期間就發(fā)生失效斷裂，引起較大的工程事故，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮焊接接頭在交變載荷下的疲勞強(qiáng)度性能，而對(duì)于鎂合金焊接結(jié)構(gòu)而言，疲勞斷裂也是其失效的一種主要形式，由疲勞裂紋引起的焊接結(jié)構(gòu)失效斷裂事故占總斷裂事故的80%以上。鎂合金焊接結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中會(huì)受到各種振動(dòng)、脈動(dòng)載荷或交變載荷的作用，這些載荷對(duì)其使用的安全性和工作壽命的威脅極大，會(huì)引起結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋形核和微裂紋擴(kuò)展，特別是鎂合金熔焊接頭。在鎂合金焊接技術(shù)中，解決其焊接接頭強(qiáng)韌性，是確保鎂合金焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用的一個(gè)必要條件。目前已有研究采用了不同的焊接方法和手段來(lái)消除或減弱鎂合金焊接接頭的上述缺點(diǎn)，但是這些方法對(duì)上述問(wèn)題的解決能力非常有限。由于鎂合金具有高導(dǎo)熱率、大膨脹系數(shù)、更低的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)等特性，使得在鎂合金焊縫及近縫區(qū)易產(chǎn)生過(guò)熱組織且晶粒粗大，這種粗大晶粒會(huì)直接影響接頭的力學(xué)性能，鎂還能與空氣中的氮?dú)鈴?qiáng)烈化合形成脆性氮化物，降低接頭的力學(xué)性能。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種同步噴丸鎂合金焊接裝置及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種同步噴丸鎂合金焊接裝置，包括送板滾輪組、焊槍、噴丸裝置、焊接平臺(tái)、整形滾輪組，送板滾輪組與整形滾輪組之間設(shè)置有焊接平臺(tái)，焊接平臺(tái)上設(shè)置有待焊接的鎂合金板材，噴丸裝置設(shè)置在鎂合金板材的上方，噴丸裝置設(shè)置在距離焊槍的右側(cè)150-200mm位置處。進(jìn)一步地，所述噴丸裝置中的鋼丸直徑為1.0mm。進(jìn)一步地，所述噴丸裝置的噴嘴到焊縫表面的距離為10-15mm。進(jìn)一步地，所述噴丸裝置的工作壓力為0.2-0.4mpa。一種同步噴丸鎂合金焊接方法，其特征在于：焊接過(guò)程中，焊接、噴丸同步進(jìn)行。進(jìn)一步地，所述焊接的速度與噴丸運(yùn)動(dòng)速度均設(shè)置為3-6mm/s。進(jìn)一步地，整形滾輪組對(duì)已經(jīng)噴丸后的焊縫進(jìn)行壓制整形。進(jìn)一步地，所述整形滾輪組施加壓力為180mpa。本發(fā)明的有益效果為：（1）同步噴丸工藝，可以在一定程度上消除外形的不連續(xù)性和應(yīng)力集中現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)焊縫向母材平緩過(guò)渡；（2）同步噴丸工藝，在鎂合金焊接接頭產(chǎn)生較大塑性變形，細(xì)化接頭表面晶粒，在接頭橫截面方向形成上表面細(xì)晶粒密度大，中間密度小的梯度組織；提高了表面硬度，同步噴丸后表面硬度是母材的1.3倍；（3）同步噴丸工藝可以使收縮的鎂合金焊縫金屬獲得延展，可以校正變形并調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力的分布，可以減弱或消除焊接殘余應(yīng)力；（4）同步噴丸工藝可以減弱或消除氣孔和微裂紋等缺陷；（5）同步噴丸后，鎂合金焊接接頭處產(chǎn)生較大壓應(yīng)力。附圖說(shuō)明圖1為一種同步噴丸鎂合金焊接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為經(jīng)同步噴丸處理后和未經(jīng)同步噴丸處理的鎂合金焊接接頭的金相組織對(duì)比圖片。圖3為母材、焊接接頭、經(jīng)同步噴丸裝置處理的焊接接頭的力學(xué)性能曲線圖譜。具體實(shí)施方式為了能更好的了解本發(fā)明的技術(shù)特征、技術(shù)內(nèi)容及其達(dá)到的技術(shù)效果，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。如圖1所示，一種同步噴丸鎂合金焊接裝置，包括送板滾輪組1、焊槍2、噴丸裝置3、焊接平臺(tái)4、整形滾輪組5。送板滾輪組1的上下兩個(gè)送板滾輪正對(duì)設(shè)置，鎂合金板材通過(guò)送板滾輪組1將鎂合金板材送入焊接通道；整形滾輪組5的上下兩個(gè)整形滾輪亦正對(duì)設(shè)置，整形滾輪組1將焊接后的鎂合金板材移出焊接通道。送板滾輪組1與整形滾輪組5之間為焊接區(qū)域，焊接區(qū)域內(nèi)設(shè)置有焊接平臺(tái)4，焊接平臺(tái)4上設(shè)置有待焊接的鎂合金板材。試驗(yàn)采用tps4000數(shù)字化氬弧焊/釬焊多功能焊接設(shè)備進(jìn)行手工焊接，tps4000數(shù)字化氬弧焊/釬焊多功能焊接設(shè)備連接有焊槍2，焊槍2內(nèi)設(shè)置有鎢極和焊絲，鎢極端部用砂輪打磨成半球形，其直徑為2.5mm，焊槍2的噴嘴直徑設(shè)為7mm，電弧高度設(shè)為4mm。焊槍2設(shè)置在鎂合金板材的上方。在距離焊槍2的右側(cè)150-200mm位置處設(shè)置有噴丸裝置4，噴丸裝置3中的鋼丸直徑為1.0mm，噴丸裝置3的噴嘴到焊縫表面的距離為10-15mm，噴丸裝置3的工作壓力為0.2-0.4mpa。本發(fā)明提供了一種同步噴丸鎂合金焊接方法，具體包括如下4個(gè)步驟：（1）母材的選擇母材選用mg-al系az31鎂合金板材，母材尺寸設(shè)置為2000mm×600mm×2mm，本發(fā)明適合處理母材的厚度在2-4mm。母材的主要化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1和表2：表1az31鎂合金的化學(xué)成分（wt.%）alznmnsifecunimg3.380.880.480.010.00270.00150.0005bal.表2az31鎂合金的力學(xué)性能屈服強(qiáng)度σ0.2/mpa抗拉強(qiáng)度σb/mpa伸長(zhǎng)率δ/%硬度hv125.8212.51838（2）焊接前的準(zhǔn)備用上述尺寸相同的2塊母材組成1副對(duì)接焊試板，焊接試板開60°的v型坡口，根部間隙控制在3～4mm。用丙酮清除試板表面的油污，將焊接區(qū)域20-30mm以內(nèi)用砂紙打磨至露出金屬光澤，坡口面經(jīng)刮削清除氧化膜，保證在焊接開始前的待焊區(qū)域沒有污染物。（3）焊接、噴丸同步進(jìn)行由送板滾輪組1將對(duì)接焊試板送入焊接通道，然后采用鎢極氬弧焊接方法對(duì)接焊，啟動(dòng)噴丸裝置3，對(duì)已經(jīng)焊接完成的焊縫進(jìn)行噴丸處理，在焊接過(guò)程中，保持焊接、噴丸同步進(jìn)行。其中，焊接速度與噴丸運(yùn)動(dòng)速度設(shè)置為3-6mm/s。噴丸對(duì)已凝固成型的焊縫進(jìn)行大尺度塑性變形，對(duì)鎂合金焊縫表面起到硬化作用，進(jìn)一步細(xì)化了焊接接頭表面組織，提高了鎂合金焊縫的力學(xué)性能。（4）壓制整形整形滾輪組5對(duì)已經(jīng)噴丸后的焊縫進(jìn)行壓制整形，整形滾輪組5施加壓力180mpa，進(jìn)一步提高焊縫外觀質(zhì)量和力學(xué)性能。如圖2所示，其中(a)為同步噴丸處理后的鎂合金焊接接頭的金相組織圖片，(b)為未經(jīng)同步噴丸處理后的鎂合金焊接接頭的金相組織圖片。同步噴丸處理后的鎂合金焊接接頭焊縫區(qū)晶粒細(xì)小，依然保持著等軸晶形貌。在近表面處，存在一定的位錯(cuò)線，并且有些部位也出現(xiàn)了位錯(cuò)纏繞現(xiàn)象。焊縫表面細(xì)晶粒密度較大，體積分?jǐn)?shù)基本飽和，小晶粒呈類似于長(zhǎng)條狀排列。由表面到中間層表現(xiàn)出梯度組織。圖3母材、焊接接頭、同步噴丸處理的焊接接頭的力學(xué)性能曲線圖譜，同步噴丸處理后的焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)208.7mpa，az31鎂合金（無(wú)焊縫）母材的抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)結(jié)果為212.5mpa，說(shuō)明焊接接頭經(jīng)同步噴丸處理，抗拉強(qiáng)度已達(dá)到母材金屬的98.2%。而焊態(tài)接頭的抗拉強(qiáng)度通常在150～180mpa之間，僅有母材金屬抗拉強(qiáng)度的70%～84%。因此可以認(rèn)為焊后同步噴丸處理的接頭強(qiáng)度已接近于母材金屬的強(qiáng)度水平，接頭強(qiáng)度具有明顯的改善作用。鎂合金接頭表面硬度也提高至49hv，主要是由于同步噴丸工藝對(duì)表面產(chǎn)生硬化作用。噴丸過(guò)程中高溫動(dòng)態(tài)塑性變形促進(jìn)非平衡凝固焊接接頭組織內(nèi)部強(qiáng)化相的彌散析出及焊接接頭過(guò)飽和合金元素均勻化擴(kuò)散，使鎂合金焊接接頭的強(qiáng)度和塑性均優(yōu)于未處理的焊態(tài)接頭，接近母材性能。本發(fā)明同樣適合鋁合金板材的焊接。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，不用于限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12