CN102179639B

CN102179639B - 镁钢异种金属冷金属过渡熔-钎焊连接方法

Info

Publication number: CN102179639B
Application number: CN2011100997365A
Authority: CN
Inventors: 曹睿; 余建永; 陈剑虹; 王培中; 朱亮; 石玗
Original assignee: Lanzhou University of Technology; GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: Lanzhou University of Technology; GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2031-04-12
Also published as: CN102179639A

Abstract

镁钢异种金属冷金属过渡熔-钎焊连接方法，其步骤为：(1)首先对普通低碳钢或低合金钢板进行镀锌处理；(2)用丙酮擦拭钢板，用钢丝刷刷掉镁合金板表面的氧化膜然后用丙酮擦拭干净；(3)将镁合金板和镀锌钢板搭接在一起，搭接的宽度为10mm，形成镁合金板在上、镀锌钢板在下的搭接接头；(4)焊接时，焊枪向镁合金板一侧偏离搭接缝隙距离(L)的取值范围为1～4mm，然后用冷金属过渡焊焊机进行焊接，焊接速度为7.2mm/s～8.5mm/s，焊接送丝速度为4m/min～5m/min，焊接电压为10V～17V，焊接时通过熔化镁合金板，同时保持镀锌钢板为固态，在镀锌钢板一侧形成钎焊连接，而镁合金板一侧形成熔化焊连接。

Description

镁钢异种金属冷金属过渡熔-钎焊连接方法

技术领域

本发明涉及镁板钢板的焊接，国际专利分类为B23K。

背景技术

目前关于镁钢异种金属的焊接性及焊接工艺、焊接材料的研究报道主要集中在激光-TIG复合热源焊、搅拌摩擦焊、激光焊、扩散焊以及钎焊等方面的研究。

镁合金和钢的物理化学性质存在很大的差异：(1)熔点，镁为650℃，钢为1539℃，两者很难实现互溶。(2)晶格类型，镁是密排六方，钢是体形立方，因而物理性能力学性能差异很大。(3)相图上来看镁和钢几乎不存在物理反应及化学反应，即不能生成金属间化合物或固溶体。因此从焊接理论和工艺上讲，目前的熔化焊焊接方法很难实现镁钢的有效连接。大连理工大学采用激光-电弧复合焊接技术进行焊接研究，获得了连接接头，但由于镁钢不互溶也不反应，接头连接方式为机械连接，而且力学性能也不能满足实际应用的需求(焊接学报，2006，Vol，27，Issue.12：53-57)。

发明内容

本发明的目的是实现镁板钢板的连接，得到完善的连接接头和力学性能。

本发明是镁钢异种金属冷金属过渡熔-钎焊连接方法，其步骤为：

(1)首先对普通低碳钢或低合金钢板进行镀锌处理；

(2)用丙酮擦拭钢板，用钢丝刷刷掉镁合金板表面的氧化膜然后用丙酮擦拭干净；

(3)将镁合金板和镀锌钢板搭接在一起，搭接的宽度为10mm，形成镁合金板在上、镀锌钢板在下的搭接接头；

(4)焊接时，焊枪向镁合金板一侧偏离搭接缝隙距离(L)，距离(L)的取值范围为1～4mm，然后用冷金属过渡焊焊机进行焊接，焊接速度为7.2mm/s～8.5mm/s，焊接送丝速度为4m/min～5m/min，焊接电压为10V～17V，焊接时通过熔化镁合金板，同时保持镀锌钢板为固态，在镀锌钢板一侧形成钎焊连接，而镁合金板一侧形成熔化焊连接。

本发明具有以下有益效果：本发明通过采用钢板镀锌处理和偏离镁板一侧的焊接技术，利用CMT焊的焊接方法，调整好一定的参数工艺。最后可以获得了美观的焊接接头，显著提高了焊接接头的力学性能，实现了镁和钢的有效连接。

附图说明

图1为镁合金板与钢板的焊接方法示意图。

图中1镁合金板，2为进行镀锌处理的钢板，3为焊丝，4为焊枪。图中焊丝偏离距离为L。

图2为图1的侧视图，为焊枪与所焊试件夹角示意图。焊接时焊枪与所焊试件成45°角，焊接过程采用氩气保护。

图3为采用焊丝送进位置偏离镁钢搭接缝隙的距离为1mm时，所选取的焊接参数为：焊接电压17V，焊接速度8.5m/s，送丝速度为4m/min时所形成的接头正面形貌图。

图4为采用焊丝送进位置偏离镁钢搭接缝隙的距离为1mm时，所选取的焊接参数为：焊接电压17V，焊接速度8.5m/s，送丝速度为4m/min时所形成的接头横截面图。

图5为在所焊试件上截取的拉伸试样图。

图6为图5试样拉伸断裂后的图。

图7为采用焊丝送进位置偏离镁钢搭接缝隙的距离为4mm时，所选取的焊接参数为：焊接电压为18V，焊接速度8.5m/s，送丝速度为5m/min时所形成的接头正面形貌图。

图8为采用焊丝送进位置偏离镁钢搭接缝隙的距离为4mm时，所选取的焊接参数为：焊接电压为18V，焊接速度8.5m/s，送丝速度为5m/min时所形成的接头横截面图。

图9为从图7所示试样截取拉伸试样，然后进行拉伸，所得到拉伸断后试样图。

具体实施方式

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：在镁合金板一侧实现低热输入熔焊接头，在镀锌钢板侧实现钎接而形成镁钢的熔钎焊接头。

其特征是采用含铝的镁合金焊丝通过冷金属过渡焊，即CMT焊(Cold MetalTransfer)。该方法采用Fronius公司生产的型号为CMT3200的焊机，并以氩气作为保护气体；使用的钢是HDG60钢，在钢板上进行镀锌处理，镀锌层厚度为8.6μm。采用的焊丝是含铝锌的镁合金焊丝；焊接时，焊枪指向偏离搭接焊缝向镁合金板侧。具体焊接规范是：偏移的距离L为1-4mm，焊接速度为7.2mm/s～8.5mm/s，焊接送丝速度为4m/min～5m/min时，焊接电压为10V～17V，由此得到的连接接头余高低，润湿面积大，接头能承受的载荷大。焊接规范参数如表1所示。

表1偏离1-4mm的焊接规范参数

焊丝为含铝锌元素的镁合金焊丝，按质量百分比计，其成分为：Al 5.8～7.2％，Zn 0.4～1.5％，Mn 0.15～0.5％，Be，Cu，Fe，Ni，Si少量，其余为Mg。

焊前用丙酮擦拭钢板，用钢丝刷刷掉镁合金表面的氧化膜然后用丙酮擦拭干净。将镁合金的一端和镀锌钢搭接在一起。搭接的宽度为10mm，形成镁合金板在上、镀锌钢板在下的搭接接头。然后利用CMT焊机进行焊接，焊接时焊丝送进位置向镁合金板一侧偏离镁合金板与镀锌钢板缝隙的距离L为1-4mm，然后调节焊接参数，进行焊接。同时保持镀锌钢板为固态，在镀锌钢板一侧形成钎焊的连接，而在镁合金板一侧形成熔化焊连接的焊接接头。

实施例一：

当焊丝送进位置偏离镁合金钢搭接缝隙的距离为1mm时，对镁钢异种金属通过CMT焊接方法进行连接，如以下步骤：(1)所使用材料：镁合金板为变形镁合金为AZ31B，厚度为1mm，钢板为HDG60钢，进行镀锌处理后的板材厚为1mm，其中镀锌层厚为8.6μm。(2)焊接试样尺寸：将镁合金板和镀锌钢板裁剪成尺寸均为200mm×50mm的试板。(3)焊前处理：焊前用丙酮擦拭镀锌钢板，用钢丝刷刷掉镁合金板表面的氧化膜然后用丙酮擦拭干净。(4)焊接方式：将镁合金板和镀锌钢板按照如图1所示搭接在一起，搭接的宽度为10mm，形成镁合金板在上、镀锌钢板在下的搭接接头；(5)焊接试验：所选取的焊接参数为：焊接电压17V，焊接速度8.5m/s，送丝速度为4m/min，焊丝送进位置向镁合金板一侧偏离镁合金板与镀锌钢板缝隙的距离L为1mm处，然后利用CMT焊机进行焊接。焊接时通过熔化镁合金板，同时保持镀锌钢板为固态，在镀锌钢板一侧形成钎焊连接，而镁合金板一侧形成熔化焊连接，形成的焊缝成形如图3和图4所示，由图可见焊缝的余高为2.5mm，焊缝金属与镀锌板之间的润湿角度达到34度。(6)接头力学性能：对所形成的焊接接头切取三个拉伸试样，拉伸试样的长度方向垂直于焊接方向(焊缝长度方向)，拉伸试样示意图如图5所示，拉伸之后试样断裂在焊缝金属或者在熔合区，如图6所示；拉伸性能达到1.9KN，如表2所示，达到1mm镁板母材拉伸载荷的92％。

实施例二：

当焊丝送进位置偏离镁钢搭接缝隙的距离为4mm时，对镁钢异种金属通过CMT焊接方法进行连接，所使用的材料和焊接方法与以上实施例相同，仅是焊枪偏离位置由原来的1mm移到4mm，焊接试验所选用的焊接参数也发生了变化，所选取的焊接参数为：焊接电压为17V，焊接速度8.5m/s，送丝速度为5m/min。通过偏离4mm之后焊接所形成的焊缝成形如图7和图8所示，由图可见焊缝的余高为3mm，焊缝金属与镀锌钢板之间的润湿角度达到45度。对所形成的焊接接头也按照通用的取样方式得到拉伸试样，试样也断裂在熔合区，如图9所示拉伸之后性能达到2KN，已经达到1mm镁合金板母材的拉伸载荷，说明结合面处的强度更高。

Claims

1.镁钢异种金属冷金属过渡熔-钎焊连接方法，其步骤为：

(1)首先对普通低碳钢或低合金钢板进行镀锌处理；

2.根据权利要求1所述的镁钢异种金属冷金属过渡熔-钎焊连接方法，其特征在于镀锌层厚为8.6μm。

3.根据权利要求1所述的镁钢异种金属冷金属过渡熔-钎焊连接方法，其特征在于焊丝为含铝锌元素的镁合金焊丝，按质量百分比计，其成分为：Al 5.8～7.2％，Zn 0.4～1.5％，Mn 0.15～0.5％，Be，Cu，Fe，Ni，Si少量，其余为Mg。