本申請(qǐng)涉及焊接材料領(lǐng)域，具體涉及一種AZ系鎂合金焊接材料，并給出了對(duì)應(yīng)的焊接控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

鎂合金具有較高的比強(qiáng)度和比剛度、良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和電磁屏蔽性以及易回收利用等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、汽車和電子制造領(lǐng)域，鎂合金材料的應(yīng)用不僅由鎂金屬本身的物理性質(zhì)決定，也依賴于其成形技術(shù)的發(fā)展。焊接是鎂合金連接中主要的成形技術(shù)。近年來(lái)，隨著鎂合金耐腐蝕性和抗蠕變等性能的改善及其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，鎂合金焊接技術(shù)已成為全球焊接領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

鎂合金焊接過(guò)程中，熔池表面極易形成氧化膜，焊接接頭易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷，難以獲得質(zhì)量可靠的接頭，已成為制約鎂合金廣泛應(yīng)用的主要問(wèn)題之一。因此，系統(tǒng)地研究鎂合金焊接工藝參數(shù)以及焊前和焊后熱處理對(duì)焊接接頭組織與力學(xué)性能的影響規(guī)律具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

鎂位于元素周期表的第3周期第2族，屬于活潑金屬，通常以化合物的形式存在于自然界。鎂在20℃時(shí)的密度為1.74g/cm3，體積相同時(shí)，質(zhì)量約為鋼的1/4，為鋁的2/3，是常用結(jié)構(gòu)材料中最輕的金屬。雖然純鎂有很多優(yōu)點(diǎn)，但其力學(xué)性能較差，不能直接用作結(jié)構(gòu)材料，因此通常以合金的形式使用。鎂的合金化是實(shí)際應(yīng)用中最有效的強(qiáng)化途徑，即向鎂中加入一些合金元素(如Al、Zn、Mn和RE)后，通過(guò)固溶和時(shí)效處理來(lái)改善鎂的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，得到高強(qiáng)度的鎂合金。一般來(lái)說(shuō)，鎂合金具有以下特點(diǎn)：密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性好、電磁屏蔽性好、易于回收利用。

鎂合金中，Mg-Al-Zn系合金(AZ系列)中兼有鑄造鎂合金和變形鎂合金的特點(diǎn)，可用于制造形狀復(fù)雜的薄壁件，是目前應(yīng)用較廣泛的鎂合金。但是，鎂合金具有密度和熔點(diǎn)低，導(dǎo)熱率、電導(dǎo)性和熱膨脹系數(shù)大，易氧化以及氧化物的熔點(diǎn)高等特點(diǎn)，使鎂合金在焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)很多問(wèn)題。因此精準(zhǔn)的控制焊接的速度成了一個(gè)重要的研究課題。

基于此，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N易于控制的AZ系鎂合金焊接材料及其焊接控制系統(tǒng)，其通過(guò)鎂合金焊接材料的配比選擇獲得了一種易于受控的焊接材料或者說(shuō)焊絲，巧妙的通過(guò)復(fù)合式焊接的激光對(duì)焦控制和電弧電流、焊接件移動(dòng)速度的控制，獲得非常高的焊接體驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明一方面提供了一種AZ系鎂合金焊接材料，所述焊接材料的成分按重量百分比計(jì)：Al：2.10wt％-2.40wt％；Zn：0.35wt％-0.50wt％；Mn：0.28wt％-0.45wt％；Ca：0.001wt％-0.005wt％；Ce：0.8wt％-1wt％；Y：0.005wt％-0.01wt％；Ni：0.01wt％-0.02wt％；余量為Mg。

更進(jìn)一步的，所述焊接材料加工為焊絲，其直徑為1.5mm。應(yīng)用該發(fā)明的焊絲可使焊縫組織具有較高的熱穩(wěn)定性、抗熱裂性能有較大程度的增強(qiáng)、焊接接頭強(qiáng)韌性能優(yōu)良，較好的克服了現(xiàn)有焊絲焊接接頭強(qiáng)度不夠的不足。并且本發(fā)明所述焊絲的成分不復(fù)雜，添加的稀土元素種類不多，而且其用量一般，生產(chǎn)成本較低，其在制備過(guò)程中的揮發(fā)氧化燒損現(xiàn)象極少。

本發(fā)明另一方面提供了一種AZ系鎂合金焊接材料的焊接控制系統(tǒng)，其用于所述的焊接材料，其包括使用主控制器、激光控制器、電弧控制部、喂絲控制部、高速攝像機(jī)和焊接對(duì)象控制部，其特征在于，所述主控制器分別連接控制激光控制器、電弧控制部、喂絲控制部和焊接對(duì)象控制部；

所述高速攝像機(jī)對(duì)焊接部位進(jìn)行拍攝并反饋給所述主控制器；

所述激光控制器根據(jù)主控制器的命令控制激光振蕩器的輸出，所述激光振蕩器發(fā)出激光束并通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)傳輸至焊接對(duì)象；

所述喂絲控制部根據(jù)主控制器的命令將所述焊絲勻速位移至焊接部位；

所述電弧控制部根據(jù)主控制器的命令控制所述焊絲與被焊接部位之間的電弧電流，

所述焊接對(duì)象控制部根據(jù)所述主控制器的命令控制所述焊接對(duì)象位移。

更進(jìn)一步的，激光振蕩器向焊接部位發(fā)出2個(gè)或者3個(gè)激光束，所述2個(gè)或者3個(gè)激光束以一定的角度射向焊接對(duì)象，并在焊接對(duì)象表面聚合或者說(shuō)匯合。

更進(jìn)一步的，所述主控制器具備存儲(chǔ)部和比較部，所述高速攝像機(jī)拍攝焊接部位的圖像并發(fā)送至主控制器，所述主控制器對(duì)所述圖像進(jìn)行分析處理，得到激光光斑的面積和熔餅的面積，并將所述激光光斑的面積和熔餅的面積與預(yù)存的光斑閾值和熔餅閾值進(jìn)行比較，其中所述熔餅指焊絲熔融成液態(tài)后在焊接對(duì)象表面形成的餅。

更進(jìn)一步的，所述主控制器根據(jù)所述激光光斑的面積與光斑閾值的比較結(jié)果調(diào)整所述激光振蕩器連接的光學(xué)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，直至所述激光光斑的面積小于所述光斑閾值，并且，所述主控制器還根據(jù)熔餅的面積與所述預(yù)設(shè)的熔餅閾值比較結(jié)果控制所述電弧控制部和焊接對(duì)象控制部，即當(dāng)熔餅的面積大于或者小于所述熔餅閾值時(shí)，相應(yīng)的減小電弧電流與加快焊接對(duì)象的移動(dòng)或者加大電弧電流與減慢焊接對(duì)象的移動(dòng)。

附圖說(shuō)明

圖1為焊接作業(yè)示意圖。

圖2為高速攝像機(jī)拍攝焊接場(chǎng)景圖。

圖3為電弧焊接電源結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施例

實(shí)施例一。

本發(fā)明的AZ系鎂合金焊接材料，按重量百分比計(jì)：Al：2.10wt％-2.40wt％；Zn：0.35wt％-0.50wt％；Mn：0.28wt％-0.45wt％；Ca：0.001wt％-0.005wt％；Ce：0.8wt％-1wt％；Y：0.005wt％-0.01wt％；Ni：0.01wt％-0.02wt％；余量為Mg。

本發(fā)明還將上述焊接材料加工成1.5mm焊絲，其制備方法包括以下步驟：

1)合金熔煉：將鎂錠加入燃?xì)夥瓷錉t中，熔化后，加入鋁錠，熔化后加打渣劑攪拌、去渣，然后加入中間合金，30～35分鐘后，在氬氣保護(hù)狀態(tài)下加精煉劑進(jìn)行精煉，精煉后靜置30分鐘后，水平連鑄成鎂合金盤條；

2)加工成形：鎂合金盤條經(jīng)多次拉攏，加工成1.5mm的連續(xù)盤狀焊絲。

本發(fā)明另一方面提供了一種所述AZ系鎂合金焊接材料的焊接控制系統(tǒng)，其包括使用主控制器、激光控制器、電弧控制部、喂絲控制部、高速攝像機(jī)和焊接對(duì)象控制部，其特征在于，所述主控制器分別連接控制激光控制器、電弧控制部、喂絲控制部和焊接對(duì)象控制部；

所述高速攝像機(jī)對(duì)焊接部位進(jìn)行拍攝并反饋給所述主控制器；

所述激光控制器根據(jù)主控制器的命令控制激光振蕩器的輸出，所述激光振蕩器發(fā)出激光束并通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)傳輸至焊接對(duì)象；

所述喂絲控制部根據(jù)主控制器的命令將所述焊絲勻速位移至焊接部位；

所述電弧控制部根據(jù)主控制器的命令控制所述焊絲與被焊接部位之間的電弧電流，

所述焊接對(duì)象控制部根據(jù)所述主控制器的命令控制所述焊接對(duì)象位移。

更進(jìn)一步的，所述激光振蕩器向焊接部位發(fā)出3個(gè)激光束。

更進(jìn)一步的，所述主控制器具備存儲(chǔ)部和比較部，所述高速攝像機(jī)拍攝焊接部位的圖像并發(fā)送至主控制器，所述主控制器對(duì)所述圖像進(jìn)行分析處理，這種分析可以基于多種機(jī)理，參加圖2，例如根據(jù)激光光斑和熔餅不同的反射光譜，或者其被高速攝像機(jī)所拍攝后的圖像所呈現(xiàn)的不同色調(diào)或者亮度，進(jìn)而得到二者不同的范圍，進(jìn)而計(jì)算得到激光光斑的面積和熔餅的面積，并將所述激光光斑的面積和熔餅的面積與預(yù)存的光斑閾值和熔餅閾值進(jìn)行比較，其中所述熔餅指焊絲熔融成液態(tài)后在焊接對(duì)象表面形成的餅。在本實(shí)施例中將拍攝圖像轉(zhuǎn)為黑白色度，并按照灰度進(jìn)行區(qū)分，超過(guò)第一灰度閾值的區(qū)域?yàn)榧す夤獍?，即圖2中l(wèi)aser beam區(qū)域，黑色區(qū)域?yàn)槠渌麉^(qū)域，非黑色區(qū)域和激光光斑區(qū)域定義為熔餅區(qū)域。

更進(jìn)一步的，所述主控制器根據(jù)所述激光光斑的面積與光斑閾值的比較結(jié)果調(diào)整所述激光振蕩器連接的光學(xué)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，直至所述激光光斑的面積小于所述光斑閾值，當(dāng)滿足以上條件時(shí)，可以認(rèn)為激光束的聚焦達(dá)到了要求，即激光束匯聚點(diǎn)正好位于焊接對(duì)象的表面。

更進(jìn)一步的，所述熔餅閾值包括第一閾值、第二閾值、第三閾值和第四閾值，所述第一閾值小于所述第二閾值，所述第二閾值小于所述第三閾值，所述第三閾值小于所述第四閾值，

所述主控制器將所述熔餅的面積與熔餅閾值的比較結(jié)果發(fā)送給所述電弧控制部和焊接對(duì)象控制部，并且，

當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積小于所述第一閾值時(shí)，電弧控制部控制所述電弧電流為最大檔位；

當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積大于所述第一閾值且小于所述第二閾值時(shí)，電弧控制部控制所述電弧電流為小于所述最大檔位的第三檔位；

當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積大于所述第二閾值且小于所述第三閾值時(shí)，電弧控制部控制所述電弧電流為小于所述第三檔位的第二檔位；

當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積大于所述第三閾值且小于所述第四閾值時(shí)，電弧控制部控制所述電弧電流為小于所述第二檔位的第一檔位；

當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積大于所述第四閾值時(shí)，此時(shí)當(dāng)前區(qū)域或者當(dāng)前點(diǎn)的焊接被認(rèn)為可以結(jié)束，電弧控制部控制所述電弧電流為最小檔位(例如電流幾乎為零)同時(shí)關(guān)閉激光輸出，并且所述焊接對(duì)象控制部控制所述焊接對(duì)象前進(jìn)一個(gè)預(yù)定的距離，進(jìn)而進(jìn)入下一個(gè)焊接點(diǎn)。本實(shí)施例的電弧焊接采取全數(shù)字脈沖焊接電源，其主回路的結(jié)構(gòu)如圖3所示，并且通過(guò)控制PWM波的占空比來(lái)改變電弧電流的檔位，其控制簡(jiǎn)單精準(zhǔn)，非常適合本實(shí)施例的使用。

本實(shí)施例采用的焊接方式為激光、電弧復(fù)合時(shí)焊接，并可以通過(guò)控制器預(yù)先輸入焊接對(duì)象移動(dòng)軌跡，將該軌跡離散為相距同樣局里的焊接點(diǎn)，并進(jìn)行步進(jìn)式的點(diǎn)-點(diǎn)焊接。

實(shí)施例二。

本發(fā)明的AZ系鎂合金焊接材料，按重量百分比計(jì)：Al：2.10wt％-2.40wt％；Zn：0.35wt％-0.50wt％；Mn：0.28wt％-0.45wt％；Ca：0.001wt％-0.005wt％；Ce：0.8wt％-1wt％；Y：0.005wt％-0.01wt％；Ni：0.01wt％-0.02wt％；余量為Mg。

本發(fā)明還將上述焊接材料加工成3mm焊絲，其制備方法包括以下步驟：

1)合金熔煉：將鎂錠加入燃?xì)夥瓷錉t中，熔化后，加入鋁錠，熔化后加打渣劑攪拌、去渣，然后加入中間合金，35分鐘后，在氬氣保護(hù)狀態(tài)下加精煉劑進(jìn)行精煉，精煉后靜置30分鐘后，水平連鑄成鎂合金盤條；

2)加工成形：鎂合金盤條經(jīng)多次拉攏，加工成3mm的連續(xù)盤狀焊絲。

本發(fā)明另一方面提供了一種所述AZ系鎂合金焊接材料的焊接控制系統(tǒng)，其包括使用主控制器、激光控制器、電弧控制部、喂絲控制部、高速攝像機(jī)和焊接對(duì)象控制部，其特征在于，所述主控制器分別連接控制激光控制器、電弧控制部、喂絲控制部和焊接對(duì)象控制部；

所述高速攝像機(jī)對(duì)焊接部位進(jìn)行拍攝并反饋給所述主控制器；

所述激光控制器根據(jù)主控制器的命令控制激光振蕩器的輸出，所述激光振蕩器發(fā)出激光束并通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)傳輸至焊接對(duì)象；

所述喂絲控制部根據(jù)主控制器的命令將所述焊絲勻速位移至焊接部位；

所述電弧控制部根據(jù)主控制器的命令控制所述焊絲與被焊接部位之間的電弧電流，

所述焊接對(duì)象控制部根據(jù)所述主控制器的命令控制所述焊接對(duì)象位移。

其加工過(guò)程可以參見(jiàn)圖1，圖中左側(cè)為激光頭(圖示為一個(gè)激光束)，右側(cè)為喂絲及電弧電流發(fā)生的示意。

更進(jìn)一步的，所述激光振蕩器向焊接部位發(fā)出2個(gè)激光束。

更進(jìn)一步的，所述主控制器具備存儲(chǔ)部和比較部，所述高速攝像機(jī)拍攝焊接部位的圖像并發(fā)送至主控制器，所述主控制器對(duì)所述圖像進(jìn)行分析處理，得到激光光斑的面積和熔餅的面積，并將所述激光光斑的面積和熔餅的面積與預(yù)存的光斑閾值和熔餅閾值進(jìn)行比較，其中所述熔餅指焊絲熔融成液態(tài)后在焊接對(duì)象表面形成的餅。

更進(jìn)一步的，所述主控制器根據(jù)所述激光光斑的面積與光斑閾值的比較結(jié)果調(diào)整所述激光振蕩器連接的光學(xué)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，直至所述激光光斑的面積小于所述光斑閾值，從而使得兩束激光被聚焦在焊接點(diǎn)。

更進(jìn)一步的，所述熔餅閾值包括第一閾值、第二閾值、第三閾值和第四閾值，所述第一閾值小于所述第二閾值，所述第二閾值小于所述第三閾值，所述第三閾值小于所述第四閾值，

所述主控制器將所述熔餅的面積與熔餅閾值的比較結(jié)果發(fā)送給所述電弧控制部和焊接對(duì)象控制部，并且，

當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積小于所述第一閾值時(shí)，電弧控制部控制所述電弧電流為最大檔位；

當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積大于所述第一閾值且小于所述第二閾值時(shí)，電弧控制部控制所述電弧電流為小于所述最大檔位的第三檔位；

當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積大于所述第二閾值且小于所述第三閾值時(shí)，電弧控制部控制所述電弧電流為小于所述第三檔位的第二檔位；

當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積大于所述第三閾值且小于所述第四閾值時(shí)，電弧控制部控制所述電弧電流為小于所述第二檔位的第一檔位；

當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積大于所述第四閾值時(shí)，電弧控制部控制所述電弧電流為最小檔位，并且所述焊接對(duì)象控制部控制所述焊接對(duì)象前進(jìn)一個(gè)預(yù)定的距離。

實(shí)施例三。

本實(shí)施例的AZ系鎂合金焊接材料，按重量百分比計(jì)：Al：2.10wt％-2.40wt％；Zn：0.35wt％-0.50wt％；Mn：0.28wt％-0.45wt％；Ca：0.001wt％-0.005wt％；Ce：0.8wt％-1wt％；Y：0.005wt％-0.01wt％；Ni：0.01wt％-0.02wt％；余量為Mg。

本發(fā)明還將上述焊接材料加工成3mm焊絲，其制備方法包括以下步驟：

1)合金熔煉：將鎂錠加入燃?xì)夥瓷錉t中，熔化后，加入鋁錠，熔化后加打渣劑攪拌、去渣，然后加入中間合金，30分鐘后，在氬氣保護(hù)狀態(tài)下加精煉劑進(jìn)行精煉，精煉后靜置30分鐘后，水平連鑄成鎂合金盤條；

2)加工成形：鎂合金盤條經(jīng)多次拉攏，加工成3mm的連續(xù)盤狀焊絲。

本發(fā)明另一方面提供了一種所述AZ系鎂合金焊接材料的焊接控制系統(tǒng)，其包括使用主控制器、激光控制器、電弧控制部、喂絲控制部、高速攝像機(jī)和焊接對(duì)象控制部，其特征在于，所述主控制器分別連接控制激光控制器、電弧控制部、喂絲控制部和焊接對(duì)象控制部；

所述高速攝像機(jī)對(duì)焊接部位進(jìn)行拍攝并反饋給所述主控制器；

所述激光控制器根據(jù)主控制器的命令控制激光振蕩器的輸出，所述激光振蕩器發(fā)出激光束并通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)傳輸至焊接對(duì)象；

所述喂絲控制部根據(jù)主控制器的命令將所述焊絲勻速位移至焊接部位；

所述電弧控制部根據(jù)主控制器的命令控制所述焊絲與被焊接部位之間的電弧電流，

所述焊接對(duì)象控制部根據(jù)所述主控制器的命令控制所述焊接對(duì)象位移。

其加工過(guò)程可以參見(jiàn)圖1，圖中左側(cè)為激光頭(圖示為一個(gè)激光束)，右側(cè)為喂絲及電弧電流發(fā)生的示意。

更進(jìn)一步的，所述激光振蕩器向焊接部位發(fā)出2個(gè)激光束。

更進(jìn)一步的，所述主控制器具備存儲(chǔ)部和比較部，所述高速攝像機(jī)拍攝焊接部位的圖像并發(fā)送至主控制器，所述主控制器對(duì)所述圖像進(jìn)行分析處理，得到激光光斑的面積和熔餅的面積，并將所述激光光斑的面積和熔餅的面積與預(yù)存的光斑閾值和熔餅閾值進(jìn)行比較，其中所述熔餅指焊絲熔融成液態(tài)后在焊接對(duì)象表面形成的餅。

更進(jìn)一步的，所述主控制器根據(jù)所述激光光斑的面積與光斑閾值的比較結(jié)果調(diào)整所述激光振蕩器連接的光學(xué)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，直至所述激光光斑的面積小于所述光斑閾值。

更進(jìn)一步的，所述熔餅閾值包括第一閾值、第二閾值、第三閾值，所述第一閾值小于所述第二閾值，所述第二閾值小于所述第三閾值；

所述主控制器將所述熔餅的面積與熔餅閾值的比較結(jié)果發(fā)送給所述電弧控制部和焊接對(duì)象控制部，并且，當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積小于所述第一閾值時(shí)，電弧控制部控制所述電弧電流為最大檔位；

當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積大于所述第一閾值且小于所述第二閾值時(shí)，電弧控制部控制所述電弧電流為小于所述最大檔位的第二檔位；

當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積大于所述第二閾值且小于所述第三閾值時(shí)，電弧控制部控制所述電弧電流為小于所述第二檔位的第一檔位；

當(dāng)所述比較結(jié)果為所述熔餅的面積大于所述第三閾值時(shí)，電弧控制部控制所述電弧電流為最小檔位，并且所述焊接對(duì)象控制部控制所述焊接對(duì)象前進(jìn)一個(gè)預(yù)定的距離。

同時(shí)在本實(shí)施例中還可以配合電弧電流的大小調(diào)整激光能量的輸出。