CN100441365C - 镁合金钨极惰性气体保护焊用表面活性剂及其制备与使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镁合金钨极惰性气体保护焊用表面活性剂及制备与使用方法，属于金属材料类焊接工艺技术领域。该表面活性剂由以下化学成分质量百分比组成：CdCl2或/和ZnCl2：40～60%；Cr2O3：15～25%；TiO2：15～25%；其余为SiO2。制备时先将原料混合，再球磨2-4小时即可。使用该活性剂之前，先将其用丙酮和/或酒精调配成便于涂敷的浆液；再喷涂或者刷涂的方式均匀涂敷在焊道表面，且涂敷量为1～6mg/cm2；待涂层完全干燥后即可进行钨极惰性气体保护焊接。本发明的活性剂在保证焊缝质量的基础上，焊缝熔深显著增加，而熔宽变化不大，同时使焊接过程简化，提高了焊接生产效率，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金钨极惰性气体保护焊用表面活性剂及其制备与使用方法，属于金属材料类焊接工艺技术领域。
背景技术
作为最轻的金属结构材料，镁合金近年来在汽车、航空航天等领域获得了飞快的发展，轻量化的强烈需求是导致快速增长的主要因素。焊接技术成为制约镁合金应用进一步扩大的关键技术之一。与铝合金相比，镁合金焊接更为困难。镁合金在焊接过程中极易吸氢形成气孔，极易氧化烧损形成氧化膜和熔渣，同时其应力变形的严重具有很大的热脆性。
钨极惰性气体保护焊：即TIG焊，是镁合金焊接常用的焊接方法，但由于单道焊缝熔深浅，一般用于薄板的焊接。对于中厚板的焊接，一般要采用大功率的电源和特殊的工艺措施，如焊前预热、多层多道焊，双面施焊等，但电源功率的增大，焊缝熔宽增大、内部质量差且表面粗糙，同时特殊的工艺措施增加了工艺难度和焊接成本，降低了生产效率。
在二十世纪六十年代中期，乌克兰Paton焊接研究所提出了“活性化TIG焊”(A-TIG焊)的概念，开始是应用于金属钛的焊接，在二十世纪九十年代前苏联就进入了A-TIG焊技术的实用阶段，广泛应用于电力、化工和航天等重要工业领域。所谓“A-TIG”焊，就是在被焊材料处，预先在工件表面均匀地涂上一层很薄的细粒状的活性化焊剂，然后进行TIG焊的方法。目前有效的镁合金的A-TIG的表面剂主要以氯化物(如CdCl2、ZnCl2、MgCl2、CaCl2等)和氧化物(Cr2O3、TiO2、SiO2等)为主，对镁合金的A-TIG焊表面活性剂的主要单一活性化焊剂对镁合金焊缝成形的影响(Marya M，Edwardz G R.Welding Journal，2002，81(12)：291～298；张兆栋，刘黎明，沈勇，等.中国有色金属学报，2005，15(6)：912-916；徐杰，刘子利，沈以赴，等.焊接学报，2005，26(10)：54-58.)，与其它金属相比还没有专用的镁合金TIG焊表面活性剂。
发明内容
本发明的目的为提供一种镁合金钨极惰性气体保护焊(TIG焊)用表面活性剂及其制备与使用方法，该表面活性剂在保证焊缝质量的前提下，显著提高了焊缝的深宽比，同时使焊接过程简化，提高了焊接生产效率。
一种镁合金钨极惰性气体保护焊(TIG焊)用表面活性剂，其特征在于该表面活性剂组成按质量百分比为：
CdCl2或/和ZnCl2：40～60％；
Cr2O3：15～25％；
TiO2：15～25％；
其余为SiO2。
一种上述的镁合金钨极惰性气体保护焊(TIG焊)用表面活性剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、按CdCl2或/和ZnCl2：40～60％，Cr2O3：15～25％，TiO2：15～25％，其余为SiO2，质量百分比配方后进行混合；(2)、将混合物在球磨机中球磨2-4小时。
一种上述的镁合金钨极惰性气体保护焊(TIG焊)用表面活性剂的使用方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、将经球磨后的活性剂用丙酮和/或酒精调配成便于涂敷的浆液；(2)、用喷涂或刷涂的方式均匀涂敷在待焊镁合金工件的焊道表面，且涂敷量为1～6mg/cm2；(3)、工件表面活性剂涂层完全干燥后进行钨极惰性气体保护焊接。
在综合考虑了在TIG焊中氯化物和氧化物与电弧和熔池金属间的相互作用和对焊缝成形影响的基础上，选用CdCl2、ZnCl2、Cr2O3、TiO2和SiO2作为本发明的镁合金TIG焊用表面活性剂的主要成分。在本发明的镁合金TIG焊用表面活性剂中，作为主要组成物的CdCl2和ZnCl2起增大金属电离度、收缩电弧从而提高电弧温度的作用；氧化物起保护熔池、阻碍镁挥发烧损的作用，TiO2在焊接Mg-Al系合金时还有改善Mg17Al12相形态和分布的作用。本发明提供的镁合金TIG焊用表面活性剂及其制备与使用方法，在保证焊缝质量的前提下，显著提高了焊缝的深宽比，同时使焊接过程简化，提高了焊接生产效率。
特别说明的是，本发明中含有CdCl2的镁合金TIG焊用表面活性剂有毒，吸入氯化镉粉尘使呼吸器官和胃肠道受损害。生产工人要穿工作服、戴防毒口罩、橡皮手套和围裙等劳保用品。生产设备要密闭、车间通风良好、下班后要洗淋浴。保护呼吸器官和皮肤。
附图说明
图1为表面活性剂对AZ61镁合金TIG焊焊缝熔深的影响的照片。其中图1(a)为未涂敷表面活性剂情况下的照片；图1(b)为涂敷表面活性剂下的照片。
具体实施方案
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实例一：
镁合金TIG焊用表面活性剂(质量百分比)：40％CdCl2，25％Cr2O3，25％TiO2，10％SiO2。
按照上述成分配置的表面活性剂混合后在球磨机中球磨4小时。将球磨后的活性剂用丙酮调配成便于涂敷的浆液，用喷涂的方式均匀涂敷在待焊镁合金工件的焊道表面，涂敷量在2mg/cm2。镁合金工件为90mm×50mm×4mm的AZ61镁合金挤压板材，接头形式为不开坡口对接，填充焊丝为AZ31镁合金，焊丝直径为2.5mm。采用NSA-400交流氩弧焊机在CZ-2型焊接小车上使用纯Ar气保护进行焊接(工业氩气焊缝易出现气孔)，焊接的工艺参数为焊接电流100A，焊接速度270mm/min，氩气流量为4L/min，弧长为2mm，电极角度为60°。图1为未涂敷活性剂和涂敷活性剂的AZ61镁合金对接接头的焊缝照片。从附图中可以看出，未涂敷表面活性剂的焊缝并未焊透(图1(a))，涂敷表面活性剂增加熔深的效果相当明显，焊缝已经完全焊透，形成全熔深焊缝(图1(b)。力学性能测试表明，未涂敷表面活性剂焊接接头的抗拉强度和涂敷表面活性剂焊接接头的抗拉强度基本相同，均为194MPa。
实例二：
镁合金TIG焊用表面活性剂(质量百分比)：20％CdCl2，35％ZnCl2，15％Cr2O3，20％TiO2，10％SiO2。
按照上述成分配置的表面活性剂混合后在球磨机中球磨4小时。将球磨后的活性剂用丙酮调配成便于涂敷的浆液，用刷涂的方式均匀涂敷在待焊镁合金工件的焊道表面，涂敷量在4mg/cm2。镁合金工件为90mm×50mm×4mm的AZ31镁合金挤压板材，接头形式为不开坡口对接，填充焊丝为AZ31镁合金，焊丝直径为2.5mm。采用NSA-400交流氩弧焊机在CZ-2型焊接小车上使用纯Ar气保护进行焊接(工业氩气焊缝易出现气孔)，焊接的工艺参数为焊接电流100A，焊接速度270mm/min，氩气流量为4L/min，弧长为2mm，电极角度为60°。未涂敷表面活性剂的焊缝并未焊透，涂敷表面活性剂增加熔深的效果相当明显，焊缝已经形成全熔深焊缝。力学性能测试表明，涂敷表面活性剂焊缝组织的硬度有所提高，未涂敷表面活性剂焊接接头和涂敷表面活性剂焊接接头的抗拉强度相同，为186MPa。
实例三：
镁合金TIG焊用表面活性剂(质量百分比)：60％ZnCl2，15％Cr2O3，15％TiO2，10％SiO2。
按照上述成分配置的表面活性剂混合后在球磨机中球磨4小时。将球磨后的活性剂用丙酮调配成便于涂敷的浆液，用刷涂的方式均匀涂敷在待焊镁合金工件的焊道表面，涂敷量在3mg/cm2。镁合金工件为90mm×50mm×10mm的AZ31镁合金挤压板材，接头形式为不开坡口对接，填充焊丝为AZ31镁合金，焊丝直径为2.5mm。采用NSA-400交流氩弧焊机在CZ-2型焊接小车上使用纯Ar气保护进行焊接(工业氩气焊缝易出现气孔)，焊接的工艺参数为焊接电流250A，焊接速度270mm/min，氩气流量为8L/min，弧长为2mm，电极角度为60°。涂敷表面活性剂熔深增加了3倍，焊缝已经基本焊透。力学性能测试表明，未涂敷表面活性剂焊接接头和涂敷表面活性剂焊接接头的抗拉强度基本相当，为182MPa。
实例四：
镁合金TIG焊用表面活性剂(质量百分比)：CdCl2或/和ZnCl2：40～60％；Cr2O3：15～25％；TiO2：15～25％；其余为SiO2。
按照上述成分配置的表面活性剂混合后在球磨机中球磨2～4小时。将球磨后的活性剂用丙酮调配成便于涂敷的浆液，用刷涂的方式均匀涂敷在待焊镁合金工件的焊道表面，涂敷量在1～6mg/cm2。待工件表面活性剂涂层完全干燥后进行TIG焊接。
Claims (3)
1.一种镁合金钨极惰性气体保护焊用表面活性剂，其特征在于该表面活性剂组成按质量百分比为：
CdCl2或/和ZnCl2：40～60％；
Cr2O3：15～25％；
TiO2：15～25％；
其余为SiO2。
2.制备权利要求1所述的镁合金钨极惰性气体保护焊用表面活性剂的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、按CdCl2或/和ZnCl2：40～60％，Cr2O3：15～25％，TiO2：15～25％，其余为SiO2，质量百分比配方后进行混合；
(2)、将混合物在球磨机中球磨2-4小时。
3.根椐权利要求1所述的镁合金钨极惰性气体保护焊用表面活性剂的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、将经球磨后的活性剂用丙酮和/或酒精调配成便于涂敷的浆液；
(2)、用喷涂或刷涂的方式均匀涂敷在待焊镁合金工件的焊道表面，且涂敷量为1～6mg/cm2；
(3)、工件表面活性剂涂层完全干燥后进行钨极惰性气体保护焊接。
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