CN104400194A - 一种异种镁合金板材的活性焊接方法 - Google Patents

一种异种镁合金板材的活性焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种异种镁合金板材的活性焊接方法，将异种镁合金待焊板材进行表面处理，除去油脂、污物；将ZnCl2研磨成颗粒，加入有机溶剂使其成为糊状，然后将ZnCl2糊状活性剂均匀涂敷在待焊接部位的表面，烘干后在待焊部位表面形成活性ZnCl2涂层；在待接焊缝两侧、两种镁合金板上面覆盖金属抑制变形垫板；将焊枪与焊接方向保持100～105°，送丝嘴倾斜20～30°，起弧之前将焊丝与焊枪钨极对准，确保焊丝位于焊枪钨极尖端下部，进行钨极氩弧焊。本发明ZnCl2活性焊剂的使用，能够使得电弧自动收缩，产生的热量更为集中，显著增大了焊接熔深；焊接过程加入抑制变形垫板，有效防止了板材的焊接变形，减小了焊接板材的应力集中。

Description

一种异种镁合金板材的活性焊接方法
技术领域
本发明涉及一种异种镁合金板材的活性焊接方法，属于金属材料焊接工艺技术领域。
背景技术
镁合金具有比强度高、导热性能好等优点，被誉为21世纪最具发展前景的绿色工程材料，在航空、航天、军事、汽车等领域具有重要的应用。国内外的许多高校和科研院所都开展了镁合金的焊接研究，但大多局限于同种镁合金的焊接。随着镁合金工程应用的增加，会不可避免地会遇到异种镁合金的焊接问题。开发异种镁合金的高效焊接技术，对研制和开发新型轻质复杂结构焊接零件具有积极的意义。
当前镁合金的焊接主要为进行的是同种镁合金的焊接研究，异种镁合金焊接成果报道较少。隗成澄等人通过对AZ31与NZ30K异种镁合金进行CO2激光焊，并对焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究，结果显示所得到的异种镁合金焊接接头抗拉强度达到了169MPa。王希靖等人用搅拌摩擦焊对AZ31B与AZ61A镁合金焊接，研究表明搅拌摩擦焊能够得到成形良好的焊接接头，但合适的工艺参数范围较窄。
然而，目前尚无采用活性钨极氩弧焊(A-TIG)技术进行异种镁合金焊接的成果报道。活性焊剂的使用能够显著增大熔深，增加了TIG技术能够焊接的板材厚度范围。此外，活性钨极氩弧焊技术与激光焊及搅拌摩擦焊相比还具有明显的成本优势，和现场实用性，更加适合规模化应用。考虑到AZ31与AZ80变形镁合金在工程领域应用的广泛性，研究开发适合工程所需的AZ31与AZ80异种镁合金的焊接工艺是非常必要的。这对于推动镁合金焊接技术在工程上的应用，拓展镁合金的工程应用范围也具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种异种镁合金板材的活性焊接方法，特别是用于AZ31与AZ80异种镁合金的焊接。采用钨极氩弧活性焊接工艺，实现AZ31与AZ80异种镁合金的可靠性连接，提高焊接接头的力学性能，达到工程应用的要求。
本发明采取的技术方案为：
一种异种镁合金板材的活性焊接方法，包括步骤如下：
(1)将异种镁合金待焊板材进行表面处理，除去油脂、污物；
(2)涂敷活性焊剂：将ZnCl2研磨成颗粒，加入有机溶剂使其成为糊状，然后将ZnCl2糊状活性剂均匀涂敷在待焊接部位的表面，烘干后在待焊部位表面形成活性ZnCl2涂层；
(3)加抑制变形垫板：在待接焊缝两侧、两种镁合金板上面覆盖金属抑制变形垫板；
(4)将焊枪与焊接方向保持100～105°，送丝嘴倾斜20～30°，起弧之前将焊丝与焊枪钨极对准，确保焊丝位于焊枪钨极尖端下部，进行钨极氩弧焊。
上述焊接方法中：
步骤(1)所述的表面处理为首先用钢刷、丙酮清理待焊板材表面污物，再用丙酮清理板材表面油脂。所述的异种镁合金待焊板材优选AZ31与AZ80异种镁合金。
步骤(2)中所述的ZnCl2粒度200目，单位面积涂敷量为1～5mg/cm2，在待焊部位表面的涂敷宽度为10-20mm；所述的有机溶剂为乙醇。
步骤(3)中所述的抑制变形垫板厚度为5～8mm，每块抑制变形垫板距离焊缝15～20mm。
步骤(4)中焊接工艺参数为：电弧电压10～20V，AC为80～150A，纯度为99.9％的氩气流量15～20L/min，焊接速度25～40cm/min，自动送丝速度30～45cm/min。
考虑到镁合金导热系数较大，焊接过程中易变形，因此焊接时用厚度为5～8mm的高刚度的金属材料，作为抑制变形垫板。添加在待焊焊板材上部，将待焊板材完全覆盖。两块垫板对称的放置在焊缝两侧，每块垫板距离焊缝10～15mm。焊时夹头紧固在垫板上面，可使得焊接件均匀受力，抑制变形。
本发明的有益效果是：
ZnCl2活性焊剂的使用，能够使得电弧自动收缩，产生的热量更为集中，显著增大了焊接熔深，可焊厚度6mm的板材。焊接过程加入抑制变形垫板，有效防止了母材的焊接变形，减小了焊接板材的应力集中。采用该方法焊接的AZ31与AZ80异种镁合金板材抗拉轻度均达到了185MPa以上，完全满足工程需要。
附图说明
图1为异种镁合金焊接方法示意图；
其中，1.氩弧焊喷嘴，2.保护气体，3.待焊板材，4.活性焊剂层，5.抑制变形垫板。
图2为AZ31-AZ80异种镁合金焊后形貌图(因添加抑制变形垫板，所以板材焊后仍然非常平整，无明显宏观变形)
图3为厚度为3mm的AZ31-AZ80异种镁合金焊接接头拉伸曲线图。
图4为厚度为5mm的AZ31-AZ80异种镁合金焊接接头拉伸曲线图。
图5为厚度为6mm的AZ31-AZ80异种镁合金焊接接头拉伸曲线图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
AZ31与AZ80异种镁合金板材的活性焊接方法：
(1)AZ31与AZ80异种变形镁合金厚度均为3mm，尺寸均为60×100mm，焊前用钢刷去除表面污物，并用丙酮去除表面油脂。
(2)先将ZnCl2研磨成粒度200目的颗粒，再往ZnCl2活性剂粉末中加入乙醇使其成为悬浊液，然后将ZnCl2活性剂均匀涂敷在待焊接部位的表面，单位面积涂敷量为3mg/cm2，糊状ZnCl2活性焊剂在待焊部位表面的涂敷宽度为15mm，烘干后在待焊部位表面形成活性ZnCl2涂层。
(3)在待焊焊板材上部添加厚5mm，尺寸为60×100mm的钢板作为抑制变形垫板，将待焊板材完全覆盖。两块垫板对称的放置在焊缝两侧，每块垫板距离焊缝15mm。焊时夹头紧固在垫板上面，可使得焊接件均匀受力，抑制变形。
(4)如图1所示，采用对焊的方式进行焊接，焊接工艺参数选择如下：电弧电压15V，AC为125A，纯度为99.9％的氩气流量17L/min。焊枪为与板材成100°夹角，焊接速度40cm/min，送丝嘴倾斜20°，自动送丝速度45cm/min。
焊后，采用万能试验机进行拉伸测试，AZ31与AZ80异种镁合金焊接接头的抗拉强度达到了187.4MPa(图3)。
实施例2
AZ31与AZ80异种镁合金板材的活性焊接方法：
(1)AZ31与AZ80异种变形镁合金厚度均为5mm，尺寸均为60×100mm，焊前用钢刷去除表面污物，并用丙酮去除表面油脂。
(2)先将ZnCl2研磨成粒度200目的颗粒，再往ZnCl2活性剂粉末中加入乙醇使其成为悬浊液，然后将ZnCl2活性剂均匀涂敷在待焊接部位的表面，单位面积涂敷量为4mg/cm2，糊状ZnCl2活性焊剂在待焊部位表面的涂敷宽度为15mm，烘干后在待焊部位表面形成活性ZnCl2涂层。
(3)在待焊焊板材上部添加厚8mm，尺寸为60×100mm的钢板作为抑制变形垫板，将待焊板材完全覆盖。两块垫板对称的放置在焊缝两侧，每块垫板距离焊缝15mm。焊时夹头紧固在垫板上面，可使得焊接件均匀受力，抑制变形。
(4)如图1所示，采用对焊的方式进行焊接，焊接工艺参数选择如下：电弧电压17V，AC为135A，纯度为99.9％的氩气流量18L/min。焊枪为与板材成100°夹角，焊接速度30cm/min，送丝嘴倾斜20°，自动送丝速度35cm/min。
焊后，采用万能试验机进行拉伸测试，AZ31与AZ80异种镁合金焊接接头的抗拉强度达到了188.6MPa(图4)。
实施例3
AZ31与AZ80异种镁合金板材的活性焊接方法：
(1)AZ31与AZ80异种变形镁合金厚度均为6mm，尺寸均为60×100mm，焊前用钢刷去除表面污物，并用丙酮去除表面油脂。
(2)先将ZnCl2研磨成粒度200目的颗粒，再往ZnCl2活性剂粉末中加入乙醇使其成为悬浊液，然后将ZnCl2活性剂均匀涂敷在待焊接部位的表面，单位面积涂敷量为5mg/cm2，糊状ZnCl2活性焊剂在待焊部位表面的涂敷宽度为15mm，烘干后在待焊部位表面形成活性ZnCl2涂层。
(3)在待焊焊板材上部添加厚8mm，尺寸为60×100mm的钢板作为抑制变形垫板，将待焊板材完全覆盖。两块垫板对称的放置在焊缝两侧，每块垫板距离焊缝15mm。焊时夹头紧固在垫板上面，可使得焊接件均匀受力，抑制变形。
(4)如图1所示，采用对焊的方式进行焊接，焊接工艺参数选择如下：电弧电压15V，AC为145A，纯度为99.9％的氩气流量20L/min。焊枪为与板材成100°夹角，焊接速度25cm/min，送丝嘴倾斜20°，自动送丝速度30cm/min。
焊后，采用万能试验机进行拉伸测试，AZ31与AZ80异种镁合金焊接接头的抗拉强度达到了196.5MPa(图5)。

Claims (6)

1.一种异种镁合金板材的活性焊接方法，其特征是，包括步骤如下：
(1)将异种镁合金待焊板材进行表面处理，除去油脂、污物；
(2)涂敷活性焊剂：将ZnCl2研磨成颗粒，加入有机溶剂使其成为糊状，然后将ZnCl2糊状活性剂均匀涂敷在待焊接部位的表面，烘干后在待焊部位表面形成活性ZnCl2涂层；
(3)加抑制变形垫板：在待接焊缝两侧、两种镁合金板上面覆盖金属抑制变形垫板；
(4)将焊枪与焊接方向保持100～105°，送丝嘴倾斜20～30°，起弧之前将焊丝与焊枪钨极对准，确保焊丝位于焊枪钨极尖端下部，进行钨极氩弧焊。
2.根据权利要求1所述的一种异种镁合金板材的活性焊接方法，其特征是，步骤(1)所述的表面处理为首先用钢刷、丙酮清理待焊板材表面污物，再用丙酮清理板材表面油脂。
3.根据权利要求1所述的一种异种镁合金板材的活性焊接方法，其特征是，所述的异种镁合金待焊板材选AZ31与AZ80异种镁合金。
4.根据权利要求1所述的一种异种镁合金板材的活性焊接方法，其特征是，步骤(2)中所述的ZnCl2粒度200目，单位面积涂敷量为1～5mg/cm2，在待焊部位表面的涂敷宽度为10-20mm。
5.根据权利要求1所述的一种异种镁合金板材的活性焊接方法，其特征是，步骤(3)中所述的抑制变形垫板厚度为5～8mm，每块抑制变形垫板距离焊缝15～20mm。
6.根据权利要求1所述的一种异种镁合金板材的活性焊接方法，其特征是，步骤(4)中焊接工艺参数为：电弧电压10～20V，AC为80～150A，纯度为99.9％的保护气体(氩气)流量15～20L/min，焊接速度25～40cm/min，自动送丝速度30～45cm/min。
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