CN102554418A

CN102554418A - 一种镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法

Info

Publication number: CN102554418A
Application number: CN2012100347605A
Authority: CN
Inventors: 李亚江; 李嘉宁; 王娟
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明涉及一种镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，采用低镁铝合金焊丝作为填充材料，在惰性气体保护下以微束钨极氩弧焊工艺进行焊接，低镁铝合金焊丝的质量百分比组成为：Al 9.5％～11.6％，Zn 0.6％～1.75％，Mn 0.15％～0.35％，Cu 0.01％～0.05％，Si 0.02％～0.05％，其余为Mg。本发明涉及的镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，焊接效率高，应用方便灵活，可获得无裂纹、无镁铝脆性化合物的焊接接头。与常规钨极氩弧焊方法相比，本发明提出的镁合金薄壁管微束氩弧焊的电弧稳定性明显提高，焊接接头抗拉强度比常规钨极氩弧焊接头的抗拉强度提高30％；焊接接头伸长率提高10％；能够满足工业生产中对镁合金薄壁管焊接构件的使用要求。

Description

一种镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法

技术领域

本发明涉及一种有色金属的焊接方法，尤其涉及镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，属于焊接技术领域。

背景技术

镁合金是用于航空、电子、通讯等高新技术领域中的轻金属。镁是比铝还轻的一种有色金属，其熔点(650℃)、密度(1.738g/cm³)均比铝低。镁合金具有较高的比强度和比刚度，并具有高的抗震能力，能承受比铝合金更大的冲击载荷。镁合金还具有优良的切削加工性能，而且易于铸造和锻压，所以镁合金的开发及应用近年来受到世界各国的关注。

镁的蒸气压高、易氧化，镁及镁合金的焊接难度主要是热裂纹、氧化、未熔合和气孔、易烧穿等。随着结构轻量化和焊接技术的发展，镁合金的应用越来越受到重视，新的焊接方法也不断应用到镁及镁合金的焊接中，例如搅拌摩擦焊、电子束焊、钎焊和扩散焊等。

但是，对于镁合金管的焊接仍有很大难度，特别是针对镁合金薄壁管焊接难度更大。搅拌摩擦焊是依靠搅拌头摩擦产生热量，使元素扩散和晶粒再结晶从而实现金属的结合，特别适用于铝合金、镁合金等熔点较低的金属。但是，搅拌摩擦焊对工件定位严格，难以实现薄壁管结构和复杂接头的连接。电子束焊和扩散焊也难于实现镁合金薄壁管的焊接，钎焊可以实现其连接，但接头强度低，难以满足使用要求。解决镁合金薄壁管的焊接难题，对镁合金结构的应用将产生推动作用。

发明内容

本发明的目的是针对现有镁合金薄壁管焊接技术的不足，而提供一种镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，该方法简便易行、焊接效率高，可获得无裂纹、无镁铝化合物脆性相的焊接接头，接头抗拉强度大于镁合金管母材的抗拉强度，伸长率大于20％，能够满足镁合金薄壁管结构在生产中的使用要求。

本发明采取的技术方案为：

一种镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊焊丝，它为低镁铝合金焊丝，其质量百分比组成为：Al 9.5％～11.6％，Zn 0.6％～1.75％，Mn 0.15％～0.35％，Cu 0.01％～0.05％，Si 0.02％～0.05％，其余为Mg。

一种镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，采用上述低镁铝合金焊丝作为填充材料，在惰性气体保护下以微束钨极氩弧焊工艺进行焊接：对接、引弧、焊接、收弧、冷却，微束钨极氩弧焊的焊接参数为：直流反极性，焊接电流20A～120A，焊接电压14V～22V，焊接线速度60cm/min～180cm/min，氩气流量10L/min～120L/min，钨极伸出长度4mm～6mm，喷嘴孔径10mm，焊枪喷嘴离施焊点的距离6mm～8mm。

所述的低镁铝合金焊丝直径为0.8mm～1.6mm，钨极直径为1.0mm～2.0mm。

所述惰性气体是氩气，其纯度大于99.9％。所述的镁合金薄壁管件的厚度0.6mm～2.0mm。

上述的低镁铝合金焊丝在施焊前，用细砂纸打磨后用无水乙醇擦拭；批量生产中用碱洗法清洗，清理后的焊丝应在12h内使用。

所述碱洗法清洗步骤是：先用丙酮除去焊丝表面油污，再以质量百分比为15％的NaOH溶液在不低于15℃的室温条件下清洗10min～15min，之后再用清水冲洗，然后在体积百分比为30％的硝酸水溶液中清洗，再用水冲洗后，在40℃～60℃条件下烘干。

所述的对接接头处用刮刀、自转式坡口机或车床加工，不开坡口，管件直接对接，将对接管件装卡在卧式车床或专用可转动卡具中进行焊接，焊接过程中保持管件匀速转动。薄壁管件外径超过40mm的应在薄壁管内填充铜制圆型衬棒。

所述的引弧采用高频脉冲(150kHz～210kHz)引弧，引燃焊接电弧前先打开氩气，保持流通20s～30s以排除空气，并利用氩气流带走附着在导气管内壁上的水分，找准引弧点，在薄壁管件接头处引燃电弧，电弧长度保持0.8～1.2mm；收弧时，为了防止焊穿或产生弧坑裂纹和缩孔，收弧处要多填充焊丝，然后控制焊接电流逐渐延时衰减，以防止弧坑开裂。断弧后氩气要继续流通10s～20s，以防止钨极和焊缝氧化。

所述的焊接应注意保持焊枪、焊丝和焊件三者之间的空间位置，焊丝与镁合金薄壁管焊件之间的夹角优选是15°～35°，焊枪与镁合金薄壁管焊件之间的夹角优选是75°～90°。

在所述镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法中，冷却方式优选水冷。

在所述镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法中，采用快送和少加焊丝的填丝方法，焊丝端部要始终处于氩气的保护范围之内，防止氧化膜形成。

采用本发明涉及的镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，焊接效率高，应用方便灵活，可获得无裂纹、无镁铝脆性化合物的焊接接头。常规氩弧焊方法焊接镁合金薄壁管难度很大，易烧穿，成品率低，本发明提出的镁合金薄壁管微束氩弧焊方法弥补了这一空白。与常规钨极氩弧焊方法相比，本发明提出的镁合金薄壁管微束氩弧焊的电弧稳定性明显提高，成品率可达98％以上；焊接接头抗拉强度可达230MPa，比常规钨极氩弧焊接头的抗拉强度提高30％；焊接接头伸长率大于25％，比常规钨极氩弧焊接头提高10％；能够满足工业生产中对镁合金薄壁管焊接构件的使用要求。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明。

实施例1：

采用直径为1.2mm的低镁合金焊丝，对外径30mm、壁厚1.0mm的镁合金管进行对接焊。焊接前先用丙酮将焊丝表面油污的去除，然后用细砂纸打磨焊丝并用无水乙醇擦拭。钨极直径1.0mm。低镁合金焊丝质量百分比组成为：Al 9.5％，Zn 1.75％，Mn 0.15％，Cu 0.03％，Si0.04％，其余为Mg。

先将对接管件装卡在卧式车床卡盘上，对接不留间隙。焊接工艺参数为：直流反极性，焊接电流20A～30A、焊接电压14V，焊接线速度80cm/min～95cm/min，氩气流量12L/min～16L/min。整个焊接过程中，管内始终充纯度99.9％的氩气进行保护。

焊接过程中，焊枪与管件垂直，喷嘴离工件的距离为7mm，钨极伸出长度5mm，焊丝与管件之间的倾角保持在15°～20°，保持管件匀速转动，低镁合金焊丝端部始终处于惰性气体保护之中。焊接结束时，先熄灭电弧，持续10s后再停止输送氩气。

实施例2：

管件外径40mm、壁厚1.5mm的镁合金薄壁管对接焊。被连接管件长度140mm。

采用直径为1.2mm的低镁合金焊丝，其质量百分比组成为：Al 11.6％，Zn 0.6％，Mn 0.2％，Cu 0.02％，Si 0.02％，其余为Mg。

焊前先用丙酮将焊丝表面油污的去除，然后用细砂纸打磨焊丝。钨极直径1.5mm。

先将对接管件装卡在卧式车床卡盘上，对接不留间隙，在薄壁管内填充铜制圆型衬棒。焊接工艺参数为：直流反极性，焊接电流40A～60A、焊接电压18V，焊接线速度60cm/min～80cm/min，氩气流量12L/min～18L/min。

焊接过程中，保持钨极与管件垂直，焊丝与水平管件之间的倾角保持在15°～20°，保持管件匀速转动，喷嘴离工件的距离为8mm，钨极伸出长度5mm，镁低合金焊丝端部始终处于惰性气体保护之中。焊接结束时，先熄灭电弧，滞后15s后再停止输送氩气。

实施例3：

采用直径为1.6mm的低镁合金焊丝，对外径45mm、壁厚2.0mm的镁合金管进行对接焊。低镁合金焊丝质量百分比组成为：Al 10％，Zn 1.50％，Mn0.5％，Cu 0.03％，Si 0.01％，其余为Mg。

焊接前先用丙酮将焊丝表面油污的去除，然后用质量浓度为15％的NaOH水溶液，在20℃～25℃条件下清洗12min，清水冲洗，再用体积浓度30％的硝酸水溶液清洗，用水冲洗后进行40℃烘干。

钨极直径2.0mm。先将对接管件装卡在卧式车床卡盘上，对接不留间隙，在薄壁管内填充铜制圆型衬棒。焊接工艺参数为：直流反极性，焊接电流70A～110A、焊接电压20V，焊接线速度60cm/min～85cm/min，氩气流量12L/min～18L/min。整个焊接过程中，管内始终充纯度99.9％的氩气进行保护。

焊接过程中的钨极伸出长度为6mm，喷嘴离工件的距离是8mm，保持管件匀速转动，焊接熔池始终处于水平位置，焊丝与管件之间的倾角保持在10°～15°。收弧时，使最终焊道盖住起始焊道约2/3处。

Claims

1.一种镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，其特征是，采用如下质量百分比组成的低镁铝合金焊丝作为填充材料：Al 9.5％～11.6％，Zn 0.6％～1.75％，Mn 0.15％～0.35％，Cu0.01％～0.05％，Si 0.02％～0.05％，其余为Mg；在惰性气体保护下以微束钨极氩弧焊工艺进行焊接：对接、引弧、焊接、收弧、冷却；微束钨极氩弧焊的焊接参数为：直流反极性，焊接电流20A～120A，焊接电压14V～22V，焊接线速度60cm/min～180cm/min，氩气流量10L/min～120L/min，钨极伸出长度4mm～6mm，喷嘴孔径10mm，焊枪喷嘴离施焊点的距离6mm～8mm。

2.根据权利要求1所述的镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，其特征是，所述的低镁铝合金焊丝直径为0.8mm～1.6mm，钨极直径为1.0mm～2.0mm，镁合金薄壁管件的厚度0.6mm～2.0mm。

3.根据权利要求1所述的镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，其特征是，所述的低镁铝合金焊丝在施焊前，用细砂纸打磨后用无水乙醇擦拭；批量生产中用碱洗法清洗，清理后的焊丝应在12h内使用。

4.根据权利要求1所述的镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，其特征是，所述的对接接头处用刮刀、自转式坡口机或车床加工，不开坡口，管件直接对接，将对接管件装卡在卧式车床或专用可转动卡具中进行焊接，焊接过程中保持管件匀速转动。

5.根据权利要求4所述的镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，其特征是，当镁合金薄壁管件外径超过40mm时，对接时在镁合金薄壁管内填充铜制圆型衬棒。

6.根据权利要求1所述的镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，其特征是，所述的引弧采用高频脉冲引弧，引燃焊接电弧前先打开氩气，保持流通20s～30s以排除空气，并利用氩气流带走附着在导气管内壁上的水分，找准引弧点，在薄壁管件接头处引燃电弧，电弧长度保持0.8～1.2mm；收弧时，收弧处要多填充焊丝，然后控制焊接电流逐渐延时衰减，断弧后氩气要继续流通10s～20s。

7.根据权利要求1所述的镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，其特征是，所述的焊接应保持焊枪、焊丝和焊件三者之间的空间位置，焊丝与镁合金薄壁管焊件之间的夹角15°～35°，焊枪与镁合金薄壁管焊件之间的夹角75°～90°。

8.根据权利要求1所述的镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，其特征是，所述的冷却为水冷。

9.根据权利要求1所述的镁合金薄壁管的微束钨极氩弧焊方法，其特征是，所述的低镁合金焊丝在镁合金薄壁管内的端部始终处于惰性气体保护之中。