CN102615396B

CN102615396B - 镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊方法

Info

Publication number: CN102615396B
Application number: CN201210035183.1A
Authority: CN
Inventors: 李亚江; 王娟; 李嘉宁
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: CN102615396A

Abstract

本发明涉及一种镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊方法，采用IGBT逆变式氩弧焊机和专用焊丝进行焊接，焊丝的质量百分比组成为：Mg4.2％～5.3％，Zn0.2％～0.3％，Mn0.5％～1.5％，Cu0.05％～0.10％，Si0.25％～0.45％，Ti0.05％～0.20％，其余为Al。采用所述镁质量百分比4.2％～5.3％Mn的合金焊丝作填充金属在惰性气体保护下焊接，可获得表面平整美观的镁合金管与铝合金管接头，焊接效率高，可获得塑韧性好、无镁铝脆性化合物的焊接接头。与常规惰性气体保护焊方法相比，本发明提出的填丝惰性气体保护焊的焊缝金属抗裂性明显提高，焊接接头抗拉强度可达210MPa，比常规惰性气体保护焊的接头强度提高25％以上，伸长率提高20％，能够满足生产中对镁合金管与铝合金管异种焊接构件的使用要求。

Description

镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊方法

技术领域

本发明涉及一种异种有色金属的焊接方法，尤其涉及镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊方法，属于焊接技术领域。

背景技术

随着镁合金的开发与应用，镁合金管与铝合金管异种金属的焊接问题受到人们的关注。由于镁和铝应用的交叉性和轻量化特点，将镁合金与铝合金连接形成复合结构，可以发挥各自的性能优势，具有很好的应用前景。例如，自行车正朝着轻便、高强度、高舒适度和低成本的方向发展。镁合金的性能可以满足自行车车架的要求。同时，车架更新换代很快，采用镁合金和铝合金焊接车架，生产效率高，轻便耐用。

但是由于镁和铝的相互溶解度、熔点、线胀系数不同，镁和铝都很容易形成氧化膜，这不仅阻碍两种金属的连接，而且促使接头区易产生夹杂、裂纹等缺陷，使接头性能变差；此外，镁具有较大的热脆性，使得镁与铝的焊接十分困难，特别是针对镁合金管与铝合金管的焊接难度更大。

对于镁与铝异种金属的焊接，目前采用的焊接方法主要是熔焊和固相焊，例如钨极氩弧焊、电子束焊、搅拌摩擦焊、扩散焊、电阻点焊等。采用熔焊方法对镁与铝进行焊接时，选择填充材料不当会使熔合区附近形成高硬度的镁铝化合物脆性相，促使焊接接头脆性增大，降低接头的力学性能，并且由于焊接时较大的热输入，导致出现裂纹和产生较大的变形。解决镁合金管与铝合金管的焊接难题，对镁与铝异种金属焊接结构的应用将产生推动作用。

中国专利CN 1326655C公开了一种镁铝异种金属间的熔焊方法，该方法采用低镁含量(质量百分比Mg 0.5％～3.0％)的焊丝焊接镁和铝异种金属板材取得良好的效果。但是，该项技术针对镁合金管与铝合金管的焊接仍存在一些问题，特别是在焊接起弧和收弧处易产生烧穿、夹杂等缺陷。因此，针对镁合金与铝合金管材的焊接，提出一种适用和有效地焊接方法是十分必要的。

发明内容

针对现有镁合金管与铝合金管异种金属焊接技术的不足，本发明提供了一种镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊方法，该种方法简便易行、焊接效率高可获得塑韧性好、无镁铝化合物脆性相的焊接接头，焊接成品率高，能够满足镁合金管与铝合金管异种结构的使用要求。

本发明采取的技术方案为：

镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊焊丝，质量百分比组成为：Mg4.2％～5.3％，Zn0.2％～0.3％，Mn0.5％～1.5％，Cu0.05％～0.10％，Si0.25％～0.45％，Ti0.05％～0.20％，其余为Al。

镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊方法，采用上述镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊焊丝作填料，在惰性气体保护下钨极电弧焊接：对接、引弧、焊接、收弧、冷却；采用IGBT逆变式氩弧焊机交流施焊，钨极电弧焊接的焊接参数为：焊接电流60A～120A、焊接电压18V～24V，焊接线速度40cm/min～130cm/min，惰性气体气流量10L/min～20L/min，钨极伸出长度5mm～8mm，喷嘴孔径10mm，焊枪喷嘴离施焊点的距离8mm～10mm。

所述的镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊焊丝直径为1.2mm～2.0mm。

所述惰性气体是氩气(Ar)，其纯度大于99.9％，或Ar+He混合气体。采用Ar+He混合气体时，电弧兼具有氩弧及氦弧的优点，特别适合于镁合金管与铝合金管焊缝质量要求高的场合。采用的Ar+He混合气体体积百分比组成为20～25％Ar，75～80％He。

所述的被焊接镁合金管与铝合金管的壁厚2mm～6mm。

上述的镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊焊丝在施焊前需用细砂纸打磨并用无水乙醇擦拭；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，再以质量浓度为15％的NaOH水溶液，在不低于15℃的室温条件下清洗10min～15min，之后用清水冲洗，然后在体积浓度为30％的硝酸水溶液中清洗，再用水冲洗后，在40℃～60℃条件下烘干。

上述的对接接头处不开坡口，施焊前用刮刀刮削接头处边缘去除氧化膜，然后异种金属管件直接对接，将镁合金管与铝合金管的对接管件装卡在卧式车床或可转动卡具中进行焊接，焊接过程中保持对接管件匀速转动。

上述的引弧采用高频脉冲(150kHz～210kHz)引弧，引弧前先打开氩气，保持流通20s～30s以排除导管中的空气，并用氩气流带走附着在导气管内壁上的水分，找准引弧点，在对接管件接头处引燃电弧；收弧时，为了防止弧坑裂纹和缩孔，收弧处要多填充焊丝，然后控制焊接电流逐渐延时衰减，断弧后氩气要继续流通10s～15s，以防止钨极和焊缝氧化。

上述的焊接中应保持焊枪、焊丝和焊件三者之间的空间位置，焊丝与焊件之间的夹角优选是15°～35°，焊枪与异种金属管件之间的夹角优选是75°～90°。

上述的冷却方式优选水冷。

其中，在所述填丝惰性气体保护焊中，焊缝区和焊丝端部要始终处于惰性气体气的保护范围之内，防止氧化膜形成。

本发明的有益效果是：

采用本发明的焊接方法，镁合金管与铝合金管焊接效率高，操作方便灵活，可获得塑韧性好、无镁铝脆性化合物的焊接接头。与常规惰性气体保护焊方法相比，本发明提出的填丝惰性气体保护焊采用中镁含量(质量百分比Mg 4.2％～5.3％)的合金焊丝，焊缝金属抗裂性明显提高，焊接接头抗拉强度可达210MPa，比常规惰性气体保护焊的接头强度提高25％以上，伸长率提高20％，能够满足工业生产中对镁合金管与铝合金管异种焊接构件的使用要求。

具体实施例

下面结合实施例进一步说明。

实施例1：

管件外径30mm、壁厚2.5mm的镁合金管与同等外径和壁厚的铝合金管对接焊。被连接管件长度140mm。

采用直径为1.2mm的铝镁合金焊丝作为填充金属的惰性气体保护焊，保护气体为99.9％Ar。焊丝的质量百分比组成为：Mg4.2％％，Zn0.2％％，Mn1.5％，Cu0.10％，Si0.25％，Ti0.05％，其余为Al。

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后用无水乙醇擦拭。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。装卡管件前用刮刀刮削镁合金管和铝合金管的对接接头边缘去除氧化膜。采用IGBT逆变式氩弧焊机交流施焊，焊接工艺参数为：焊接电流60A～80A、焊接电压18V，焊接线速度50cm/min～75cm/min，氩气流量12L/min～18L/min。

焊接过程中，保持钨极与对接管件接近垂直，填充焊丝与水平管件之间的倾角保持在15°～25°，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，镁合金管与铝合金管的焊接区以及焊丝端部始终处于氩气保护之中。焊接快结束时衰减电流，先熄灭电弧，滞后15s后再停止输送氩气。

实施例2：

采用直径为1.6mm的铝镁合金焊丝，对外径40mm、壁厚3mm的镁合金管与铝合金管进行对接焊。采用Ar+He混合气体的惰性气体保护焊，Ar+He混合体积比为20％Ar+80％He。

焊丝的质量百分比组成为：Mg5.3％，Zn0.3％，Mn0.5％％，Cu0.05％％，Si0.45％，Ti0.20％，其余为Al。

焊接前先用丙酮将填充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2.0mm。采用IGBT逆变式氩弧焊机交流施焊，焊接工艺参数为：焊接电流80A～110A、焊接电压18V，焊接线速度60cm/min～85cm/min，氩气流量12L/min～20L/min。整个焊接过程中，管件内始终充20％Ar+80％He混合气体进行保护。

焊接过程中，焊枪与管件垂直，喷嘴离工件的距离为8mm，钨极伸出长度6mm，焊丝与镁合金管与铝合金管件之间的倾角保持在15°左右，保持管件匀速转动，焊接区域和铝镁合金焊丝端部始终处于氩气保护之中。焊接快结束时，先衰减焊接电流直至电弧熄灭，持续15s后再停止输送氩气。

实施例3：

采用直径为2.0mm的铝镁合金焊丝，对外径55mm、壁厚6mm的镁合金管与铝合金管进行对接焊，Ar气保护。

焊丝的质量百分比组成为：Mg4.8％，Zn0.25％，Mn0.8％，Cu0.08％，Si0.32％，Ti0.12％，其余为Al。

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％NaOH的水溶液，在20℃～25℃条件下清洗12min，清水冲洗，再用体积百分比30％的硝酸水溶液清洗，用水冲洗后进行40℃烘干。

钨极直径2.4mm。采用IGBT逆变式氩弧焊机交流施焊，焊接工艺参数为：焊接电流90A～120A、焊接电压20V，焊接线速度55cm/min～80cm/min，氩气流量12L/min～22L/min。整个焊接过程中，管件内始终充纯度99.9％的氩气进行保护。

焊接过程中的钨极伸出长度为7mm，喷嘴离工件的距离是9mm，保持管件匀速转动，焊接熔池始终处于水平位置，铝镁合金焊丝与管件之间的倾角保持在20°左右。焊接快结束时，先衰减焊接电流直至电弧熄灭，持续15s后再停止输送氩气。

Claims

1.镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊方法，其特征是，采用下列质量百分比组成的焊丝作填料：Mg4.2%～5.3%，Zn0.2%～0.3%，Mn0.5%～1.5%，Cu0.05%～0.10%，Si0.25%～0.45%，Ti0.05%～0.20%，其余为Al；在惰性气体保护下钨极电弧焊接：对接、引弧、焊接、收弧、冷却；所述的钨极电弧焊接采用IGBT逆变式氩弧焊机交流施焊，焊接参数为：焊接电流60A～120A、焊接电压18V～24V，焊接线速度40cm/min～130cm/min，惰性气体气流量10L/min～20L/min，钨极伸出长度5mm～8mm，喷嘴孔径10mm，焊枪喷嘴离施焊点的距离8mm～10mm；所述的镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊焊丝直径为1.2mm～2.0mm，镁合金管与铝合金管的壁厚均为2mm～6mm。

2.根据权利要求1所述的镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊方法，其特征是，所述的惰性气体是氩气或Ar与He的混合气体。

3.根据权利要求2所述的镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊方法，其特征是，所述的Ar与He的混合气体体积百分比组成为20～25%Ar，75～80%He。

4.根据权利要求1所述的镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊方法，其特征是，所述的对接接头处不开坡口，施焊前用刮刀刮削接头处边缘去除氧化膜，然后镁合金管与铝合金管直接对接，将镁合金管与铝合金管的对接管件装卡在卧式车床或可转动卡具中进行焊接，焊接过程中保持对接管件匀速转动。

5.根据权利要求1所述的镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊方法，其特征是，所述的引弧采用高频脉冲引弧，引弧前先打开氩气，保持流通20s～30s以排除导管中的空气，并用氩气流带走附着在导气管内壁上的水分，找准引弧点，在对接管件接头处引燃电弧；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～15s。

6.根据权利要求1所述的镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊方法，其特征是，焊接中应保持焊枪、焊丝和焊件三者之间的空间位置，焊丝与焊件之间的夹角是15°～35°，焊枪与焊件之间的夹角是75°～90°。

7.根据权利要求1所述的镁合金管与铝合金管的填丝惰性气体保护焊方法，其特征是，所述的冷却方式为水冷。