一种镁合金薄板的焊接方法

文档序号:3119388阅读:770来源:国知局
一种镁合金薄板的焊接方法
【专利摘要】本发明提供一种镁合金薄板的焊接方法,包括如下步骤:焊接方法采用气体保护焊,钨极氩弧焊,或熔化极惰性气体保护焊。焊丝选用与母材成分相同的焊丝,焊丝直径大约与板材厚度相当。焊接前,在焊缝反面垫上与母材成分相同的镁合金垫条,垫条厚度在1mm~10mm,宽度在10mm~20mm为宜,长度与焊缝长度相同。固定好垫条及镁合金板材后,对板材进行单面焊接,在确保焊接过程顺利进行的前提下,电流速度尽可能小,焊接速度尽量大,以减小热输入。这样,就可将难以焊接的镁合金薄板,通过最常用的氩弧焊焊接起来,而不易发生焊透现象。本发明适用于一般镁合金薄板的焊接,如AZ31、AZ61等镁合金薄板。
【专利说明】一种镁合金薄板的焊接方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及镁合金板的焊接方法工,属于有色金属中镁合金生产加工领域,特别 是一种镁合金薄板的焊接方法。
[0002]

【背景技术】
[0003] 镁合金自开发以来,因具有高的比强度、比刚度、优良的阻尼性能,以及防磁、屏 蔽、散热、易切削加工、易回收等许多特性,在交通、电子信息、航空航天等很多方面,有代替 其他合金的潜质,一直倍受关注。镁合金板材更是有很广阔的应用前景。然而,由于镁的化 学性质活泼,熔点、沸点相对较低,导致镁合金的焊接性能较差。特别是镁合金薄件产品的 焊接,更加难以掌控。即便是较为适宜镁合金的氩弧气体保护焊,也很难焊接镁合金薄板等 产品。焊穿,是焊接镁合金薄件最易出现,也是最严重的焊接问题,一旦出现焊穿,整个工件 的性能严重下降,如果是自动焊过程中某处出现焊穿,将会出现断弧,后续的焊接都将无法 进行。CN200510009696. 5公开的"镁合金薄板真空扩散焊接方法",采用放置到真空扩散 炉内加压的方法,保温〇. 5?24小时。该方法虽然在一定程度上解决了镁合金薄板的焊接 问题,但是该方法存在设备要求高(需要特定的扩散焊装置及夹具)、加工周期长(通过扩散 的方法得到焊接接头,保温时间较长,某些工艺甚至需要24小时,在实际加工中严重影响 生产效率)、焊接质量不易掌控(镁合金表面的粗糙度、氧化程度都会影响扩散焊的效果,焊 接质量不好控制)等问题。
[0004] 镁合金薄板在焊接过程中,所需的热输入相对较少。惰性气体保护焊中,热输入通 常以线能量的大小表征,与焊接电流、焊接电压成正比,与焊接速度成反比。焊接镁合金薄 板过程中,如果要降低热输入,则需要较低的电流和较大的焊接速度。然而电流过低,起弧 困难,且易出现焊接过程中断弧的现象;焊接速度过大,则易出现焊接不良,局部未焊透等 缺陷。因此,如何解决镁合金薄板焊接困难和减小热输入的问题,是本领域技术人员有待解 决的问题。


【发明内容】

[0005] 针对现有技术存在的上述不足,本发明的目的是提供一种简单易行、并能解决热 输入问题的一种镁合金薄板的焊接方法。
[0006] 实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种镁合金薄板的焊接方法,其特征在 于,包括如下步骤: 1)首先,焊接前,在焊缝下方垫同种材料的镁合金垫条,垫条与被焊接板材接触,将薄 板、垫条固定。垫条厚度在lmnTlOmm,宽度在10mnT20mm为宜,长度与焊缝长度相同。
[0007] 2 )然后,采用氩弧气体保护焊焊接板材。焊丝采用与母材成分相同的镁合金焊丝。 焊丝直径与被焊板的厚度相近为宜。焊接过程中,应在保证焊透的情况下,尽量采用低的焊 接电流,及高的焊接速度,以减小热输入。适当的焊接参数,垫条在焊接过程中部分熔化,最 终使得垫条与板材连接到一起。焊接电流控制在6(Γ90Α,焊接速度5~10mm/s。
[0008] 3)最后,采用机加工的方法,如车、铣、线切割等方法,将垫条切掉。若垫条不影响 焊接板的使用,则可忽略此步骤。
[0009] 相比现有技术,本发明具有如下有益效果: 1、本发明方法简单易行、容易控制,将难以焊接的镁合金薄板,通过最常用的氩弧焊焊 接起来,而不易发生焊透现象。本发明适用于一般镁合金薄板的焊接,如AZ3UAZ61等镁合 金薄板。有效解决镁合金薄板的焊接很难控制,经常出现由于热输入略大而导致的焊穿的 问题。
[0010] 2、通过研究总结,本发明的内在机理为: 1)焊接方法的选择:镁合金活性较强,在焊接过程中极易氧化,由于镁的蒸发、熔化收 缩等原因,还易形成气孔、缩孔等缺陷,焊接适宜在惰性保护气体下进行,所以采用钨极氩 弧气体保护板(TIG)或MIG焊。搅拌摩擦焊不适合薄板焊接,所以不予考虑。
[0011] 2)焊丝、垫条的选择:由于母材、焊丝及垫条会在焊接过程中同时熔化,在熔池中 混合,为了不影响板材整体的合金成分分布,焊丝与垫条的合金成分与母材一致或接近。
[0012] 3)垫条的作用:垫条的作用主要有两个,一是在焊接过程中帮助控制热输入,如果 焊接板的厚度过薄,则很容易焊穿,然而垫条的存在显著增大了焊缝处的厚度,在焊接薄板 时,大大降低了对于焊接参数的严格要求,只要焊接速度足够,则不会出现焊穿。二是同种 成分垫条不仅参与了导热,也发生了熔化,熔化过程吸收了大量热量,增加了垂直方向的散 热速度,降低了热量在板材平面的散热倾向,有利于减小热影响区宽度。

【专利附图】

【附图说明】
[0013] 图1为本发明镁合金薄板的焊接方法中焊板、垫条位置示意图。
[0014] 图2为发明焊接接头的焊缝-热影响区-母材显微组织金相照片。
[0015] 图3为采用本发明实施例ZM61镁合金焊接接头的工程应力-应变曲线。

【具体实施方式】
[0016] 下面参照附图并结合具体实例,进一步阐述本发明。应理解的是,这些实施例是用 于说明本发明,而不是对本发明的限制,在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单 改进,都属于本发明所要求保护的范围。
[0017] 实施例:样品为原始板材1mm厚的ZM61镁合金挤压板材,垫条为截面积 6mmX 10mm,长度与焊缝长度相同的ZM61镁合金。焊接方向平行原始板材挤压方向。
[0018] 一种镁合金薄板的焊接方法,具体步骤包括: 1)焊前准备:焊接前,用砂纸将焊丝、板材焊接处及垫条打磨干净,去掉氧化层,若有油 污,也可选用丙酮等进行清洗。然后将板材和垫条固定,位置参见附图1。
[0019] 2)焊接:采用氩弧气体保护焊进行焊接,本实施例采用钨极氩弧气体保护焊 (TIG)或熔化极惰性气体保护焊(MIG焊),焊接参数根据板材的厚度进行调整。单面焊接镁 合金薄板;焊接电流控制在6(Γ90Α,焊接速度5~10mm/s,以减小热输入。
[0020] 3)显微组织观察:组织观察的样品其制备过程如下:依次采用600#、800#、1000# 和1200#碳化硅水磨砂纸磨平表面;然后采用苦味酸-冰醋酸腐蚀剂腐蚀;腐蚀剂配比见 表2。将样品腐蚀后,采用激光共聚焦显微镜(LEXT)拍摄金相照片,如图2所示。
[0021] 表2腐蚀剂配方 I ssi ?1 | mm ] 4)力学性能测试: 根据国标GB2651-2008《焊接接头拉伸试验方法》,对焊接板进行室温力学拉伸测试,其 拉伸曲线如图3所示。
[0022] 从图1中可以看到,本来难以正常焊接的ΖΜ61镁合金薄板,通过本发明得到了良 好的焊接。
[0023] 图2的显微组织中,可以看出,热影响区的晶粒尺寸变化与一般焊接的也影响区 不同。一般情况下,越接近焊缝区的晶粒尺寸越大,然而本发明的焊接样品,恰恰相反,接近 焊缝区的晶粒反而较小。这是因为,垫条的引入大大增加了焊缝区在垂直方向的冷却速度, 而在平面方向,母材较薄,平面方向的冷却效果较差,使得热影响区出现反常的晶粒尺寸分 布。
[0024] 图3中的力学性能曲线显示,焊接接头的抗拉强度达到213MPa,已经达到了一般 镁合金产品的焊接接头强度(如:TIG焊的AZ31镁合金的焊接接头)。
[0025] 综上,本发明所阐述镁合金薄板的焊接方法,可以顺利焊接镁合金薄板,简单易 行,解决了镁合金薄板易焊穿的问题,使镁合金薄板的焊接参数更容易掌握。
[0026] 最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本 发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1. 一种镁合金薄板的焊接方法,其特征在于,包括如下步骤: 1) 首先,焊接前,在焊缝反面垫上与母材合金成分相同的镁合金垫条,垫条与被焊接板 材接触,然后固定;垫条厚度在lmnTlOmm,宽度在10mnT20mm ; 2) 然后,采用氩弧气体保护焊焊接板材;焊丝采用母材合金成分相同的镁合金焊丝,焊 丝直径与被焊板的厚度相近; 3) 最后,采用机加工的方法,将垫条切掉;若垫条不影响焊接板的使用,则可忽略此步 骤。
2. 根据权利要求1所述镁合金薄板的焊接方法,其特征在于,对于1mm厚的ZM61镁合 金薄板,垫条的尺寸为:l〇mm宽,6mm厚,长度与焊缝长度相当。
3. 根据权利要求1所述镁合金薄板的焊接方法,其特征在于,所述焊接方法为填丝钨 极氩弧气体保护焊(TIG焊)或熔化极惰性气体保护焊(MIG焊),单面焊接镁合金薄板。
4. 根据权利要求1或2所述镁合金薄板的焊接方法,其特征在于,焊接电流控制在 60?90A,焊接速度5?10mm/s。
【文档编号】B23K9/035GK104117759SQ201410317235
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】张丁非, 柴森森, 张雨禾, 潘复生 申请人:重庆大学
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