CN104117759A - 一种镁合金薄板的焊接方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种镁合金薄板的焊接方法

技术领域

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。

 

背景技术

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0.5～24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。

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

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。

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1mm~10mm，宽度在10mm~20mm为宜，长度与焊缝长度相同。

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60~90A，焊接速度5~10mm/s。

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。

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AZ31、AZ61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。

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。

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。

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。

附图说明

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。

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。

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

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。

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6mm×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。 

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。

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60~90A，焊接速度5~10mm/s，以减小热输入。

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。

表2 腐蚀剂配方

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。

       从图1中可以看到，本来难以正常焊接的ZM61镁合金薄板，通过本发明得到了良好的焊接。

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。

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）。

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。

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。

Claims (4)

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1mm~10mm，宽度在10mm~20mm；

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：10mm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。