1、机器人自动焊接 AZ31 镁合金工艺分析摘 要本文叙述了镁合金目前的发展及应用，探讨了 AZ31 镁合金在机器人自动焊接钨极惰性气体保护下的工艺参数，指出了机器人自动焊与半自动氩弧焊的优势和特点，对 AZ31 镁合金的发展前景进行了分析。关键词AZ31 镁合金；机器人焊接；自动及半自动焊接，焊接工艺 中图分类号：TG376 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）47-0343-02 1.AZ31 镁合金的性质及特点 室温状态下金属镁的密度是 1.74g/cm3，在标准大气压下，金属镁的熔点是（6501），沸点为 1090。镁金属的密度小，易于燃烧，这是由于它的物理、化学性质所
2、决定的。工业用镁的纯度最高可以达到99.99%，但是纯镁不能用作结构材料，一般情况下需在纯镁金属中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土等元素，从而形成的镁合金具有较高的强度，可以作为结构材料而广泛应用。 镁合金材料具有以下优点： （1）重量轻。可以制作 3C 产品的外壳、内部构件，还是汽车、飞机等零件的优秀材料。 （2）比强度、比刚度高。镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料，为一般塑料的 8-12 倍。 （3）耐振动性好。在相同载荷下，减振性是铝的 100 倍，是钛合金的 300-500 倍。 （4）散热性好。一般金属的热传导性是塑料的数百倍，镁合金的热传导性略
3、低于铝合金及铜合金，远高于钛合金，比热则与水接近，是常用合金中最高者。 （5）稳定的资源。提供镁元素在地壳中的储量居第八位，大部分的镁原料自海水中提炼，所以它的资源稳定、充分。 AZ31 镁合金是目前应用最广泛的变形镁合金，其主要化学成分见表1。 2.设备与焊接材料的选择 （1）焊接设备 选用通用 6kg 焊接机器人进行自动焊接，电源电压 220V，机械手臂最大幅度半径 1.5m，采用示教盒的示教/执行操作系统。 焊接过程中机器人行走路径采用 MOVL 直线行走，行走速度为 5-15v/ mm?s-1。 （2）焊机 采用钨极惰性气体保护焊进行焊接，采用钨极喷嘴，氩气作为保护气体。 （3）焊接材
4、料 AZ31 镁合金试板 300*100mm，3mm 厚度薄板。 3.焊接工艺参数选择 在机器人自动焊接 AZ31 镁合金薄板之前，设计五组焊接工艺参数，具体工艺参数见表 2-表 6。 4.工艺参数分析 通过 5 组不同的焊接工艺参数，观察焊缝并比较焊缝质量得出结论，选择第 3 组焊接工艺参数所得到的焊缝质量最为优秀，焊缝外观美观。 第一组焊接工艺参数，选择较小的焊接电流，较细的焊丝，采用这样的焊接工艺，对于薄板镁合金工件来说，产生较大的焊脚角度，极容易产生未焊透的焊接缺陷。采用第二组焊接工艺参数，增大了焊接电流，虽然降低了焊缝的焊脚角度，但是仍然采用直径为 1.0mm 的焊丝进行自动化焊接，
5、焊后达不到所要求的焊缝熔宽，不能形成良好的焊缝成形系数。 第三组焊接工艺参数相对来说是比较完整的一套工艺，无论从焊接电流的选择，还是焊丝直径的选择，都恰到好处，能够形成良好的焊缝成形系数，焊缝外观美观，不容易出现未焊透以及塌陷等焊接缺陷。 第四组焊接工艺是在第三组焊接工艺的基础上，增大了焊接电流以及焊接速度，通过实践结果显示，这显然不符合镁合金薄板的焊接工艺，一方面焊接电流的增大，容易使镁合金薄板产生焊穿的焊接缺陷，另一方面焊接速度的增大极容易对焊接工件造成损害，因此不建议增大焊接电流以及焊接速度。通过实验，第五组的工艺参数数据更不符合 AZ31 镁合金薄板的焊接。 5.镁合金的应用前景 全球
6、镁合金的需求年均增长达到 12%左右，西方镁合金的市场需求增长率达到了 18%？以上，未来镁合金的市场需求将呈现快速增长的趋势。镁合金主要应用于汽车、3C、航空航天领域，其中应用于汽车产业（74%） 、3C 行业（22%） 、军事和航空航天（14%） 。 目前，镁合金主要作为以下汽车零件使用：仪表盘和托架、座椅框架、转向柱部件、手动变速箱壳体、发动机进气管、气缸盖等。其它的如需要安全及高断裂韧性的零部件，也将是镁合金正在并将继续深入拓展应用的领域，如座椅框架、车身保护板、发动机前的散热格栅加强板及一些车身结构支撑件。 随着镁合金结构件在汽车上的广泛使用，镁合金结构件的焊接也日益得到了重视。从焊
7、接工艺来看，主要集中在氩弧焊、激光焊、非真空电子束焊、摩擦焊等方面。尤其以氩弧焊、激光焊居多，但由于镁合金的性质活泼、熔点低、导热快、热膨胀系数和线膨胀系数大等特点，氩弧焊时易造成镁合金的热影响区宽、晶粒粗大、焊件变形严重等缺陷，激光焊时易造成气孔、裂纹等焊接缺陷。 6.总结 （1）镁合金材料具重量轻；比强度、比刚度高；耐振动性好；散热性好；稳定的资源等优点，这就足以使镁合金在日后的工业生产中优广泛的应用。 （2）焊接机器人的出现，增加了焊接生产率，大大提高了焊接的效率，降低了人工的成本，降低了对焊工的技术水平的要求，很大程度上保证了焊缝的质量。 （3）通过实验对比，对于 AZ31 薄板镁合金自动化焊接应选用焊接电流 1015 I/A，焊丝直径 1.0/mm，焊接速度 58 v/ mm?s-1，钨极直径 3.2/mm，气体流量 5-10 Q/L?min-1，喷嘴直径 20/mm 此时的焊接工艺参数焊接质量最佳。 （4）为实现人类社会的可持续发展，对新一代汽车产品在安全、环保和节能方面提出了更为严格的要求，为节省材料和能源，以轻量化为主导的先进汽车材料技术的发展战略。因此，镁合金将是汽车工业中最有发展前景的轻金属结构材料。
