CN104551355A - 一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，将助焊剂粉末加酒精调成糊状，均匀涂抹在镁合金管件接头处，自然干燥或冷风吹干；将待焊接镁合金管件对接，采用镁合金焊丝作为填充材料，在Ar和He惰性气体保护，以脉冲钨极惰性气体保护焊工艺进行焊接；所述的助焊剂的重量百分比组成为：氯化钾40％～50％，氯化钠20％～30％，氯化锂15％～25％，氟化锂5％～10％。采用本发明涉及的填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，焊接效率高，应用方便灵活，可获得无裂纹、无气孔等缺陷的焊接接头。

Description

一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法
技术领域
本发明涉及一种有色金属的焊接方法，尤其涉及镁合金的脉冲惰性气体保护焊方法，属于焊接技术领域。
背景技术
镁及镁合金由于具有密度小(1.738g/cm3)、比强度高、减震性好、储量丰富等特点，镁合金在航空航天、汽车、电子通讯和军事装备等领域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，镁合金的应用也越来越受到重视，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。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，适用于镁合金等熔点较低的金属。但是，但搅拌摩擦焊对工件定位严格，难以实现镁合金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管件的焊接，钎焊可以实现镁合金管连接，但接头强度低，难以满足使用要求。
用熔焊方法焊接镁合金的难度很大，因为镁合金极易氧化，氧化膜阻止熔融金属与镁合金母材熔合，特别是针对镁合金管件熔焊难度更大。
解决镁合金管件的熔焊难题，对镁合金管结构的推广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管件熔焊技术的不足，提出一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，简便易行、焊接效率高。采用本发明的方法可获得无裂纹、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：
一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，包括步骤如下：
将助焊剂粉末加酒精调成糊状，均匀涂抹在镁合金管件接头处，自然干燥或冷风吹干；将待焊接镁合金管件对接，采用镁合金焊丝作为填充材料，在Ar和He惰性气体保护，以脉冲钨极惰性气体保护焊工艺进行焊接；所述的助焊剂的重量百分比组成为：氯化钾40％～50％，氯化钠20％～30％，氯化锂15％～25％，氟化锂5％～10％。
所述的镁合金焊丝的化学成分为：Al 10％～15％，Zn 1.0％～3.5％，Mn 0.15％～0.50％，Cu≤0.05％，Si≤0.05％，其余为Mg，以质量百分比计。
所述的助焊剂为200-300目的粉末。
填加助焊剂的脉冲惰性气体保护焊的焊接参数为：直流反极性，基值电流60A～180A，脉冲电流90A～140A，脉冲宽比30％～45％，脉冲幅比5～10，脉冲频率5000Hz，焊接线速度80cm/min～160cm/min，保护气体(Ar+He)流量15L/min～25L/min。所述惰性气体是氩气(Ar)+氦气(He)，混合体积比为75％Ar+25％He，氩气和氦气的纯度均大于99.9％。
所述的镁合金管件的直径为40mm～200mm，厚度为3mm～12mm。
所述的镁合金焊丝直径为2.0mm～3.0mm，钨极直径为2.0mm～3.0mm；钨极伸出长度6mm～10mm，喷嘴孔径12mm，焊枪喷嘴离施焊点的距离8mm～12mm。焊接过程中，保持焊枪与管件之间的夹角是70°～90°，焊丝与水平管件之间的倾角保持在15°～35°，保持管件匀速转动。
上述的镁合金焊丝在施焊前，焊丝用细砂纸打磨；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。
其中，在填加助焊剂的脉冲惰性气体保护焊焊接中，对镁合金管件接头处用自转式坡口机或车床加工，壁厚5mm以下的管件不开坡口，管件直接对接，焊前用刮刀刮削尖角处。壁厚6mm以上的管件接头处开单面V型坡口。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。
在所述的填加助焊剂的脉冲惰性气体保护焊中，采用高频脉冲引弧，引弧前先打开保护气体，保持流通20s～30s以排除空气，并利用保护气流带走附着在导气管内壁上的水分，找准引弧点，在管件接头处引燃电弧，电弧长度保持约1mm～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，断弧后氩气要继续流通10s～20s，以防止钨极氧化。
在所述的填加助焊剂的脉冲惰性气体保护焊中，应注意保持焊枪、焊丝和焊件三者之间的空间位置，焊丝与水平焊件之间的夹角优选是15°～20°，焊枪与管件之间的夹角优选是75°～90°。焊接过程中保持镁合金管件匀速转动。
在所述的填加助焊剂的脉冲惰性气体保护焊的焊接中，冷却方式优选水冷。
在所述的填加助焊剂的脉冲惰性气体保护焊的焊接中，采用快送和少加焊丝的脉动填丝方法，焊丝端部要始终处于Ar+He混合气体的保护范围之内，防止镁合金表面氧化膜的形成。采用本发明涉及的填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，焊接效率高，应用方便灵活，可获得无裂纹、无气孔等缺陷的焊接接头。与常规钨极氩弧焊方法相比，本发明提出的填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法的电弧稳定性和焊接质量明显提高(常规钨极氩弧焊方法的起弧电流和收弧电流难以精确控制，影响起弧处焊接质量)。本发明焊接方法制备的镁合金管件焊接接头的抗拉强度不低于母材的抗拉强度，伸长率大于20％，能够满足工业生产中对镁合金管件焊接结构的使用要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明。
实施例1：
管件外径40mm、壁厚4mm的MB2镁合金管件对接焊。被连接管件长度160mm。焊接设备为美国米勒Auto-Axcess 350型高级数字脉冲氩弧焊机。
采用直径为2.0mm的镁合金焊丝，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，露出金属光泽。钨极直径2.0mm。保护气体为75％Ar+25％He混合气体，氩气和氦气的纯度均大于99.9％。
助焊剂的化学成分为(质量百分含量)：氯化钾46％，氯化钠26％，氯化锂18％，氟化锂10％。按上述配比将粉末状助焊剂加酒精调成糊状，均匀涂抹在镁合金管件接头处，自然干燥。所用助焊剂为粒度250目的粉末。
镁合金焊丝的化学成分为(质量百分含量)：Al 12％，Zn 1.2％，Mn 0.25％，Cu≤0.05％，Si≤0.05％，其余为Mg。
将填加助焊剂的镁合金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，基值电流60A～80A，脉冲电流100A～120A，脉冲宽比38％，脉冲幅比8，脉冲频率5000Hz，焊接线速度90cm/min～100cm/min，保护气体(Ar+He)流量15L/min～20L/min。
钨极伸出长度6mm～10mm，喷嘴孔径12mm，焊枪喷嘴离施焊点的距离8mm～12mm。
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10mm，钨极伸出长度8mm，镁合金焊丝端部始终处于Ar+He惰性气体保护之中。焊接结束时，先熄灭电弧，滞后15s后再停止输送保护气体。
实施例2：
采用直径为3.0mm的镁合金焊丝，对外径100mm、壁厚6mm的MB3镁合金管件进行对接焊，被连接管件的长度为240mm。管件接头处开单面55°V型坡口，焊接设备为美国米勒Auto-Axcess 350型高级数字脉冲氩弧焊机。
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，露出金属光泽。对镁合金管件用质量百分比为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2.0mm。保护气体为75％Ar+25％He混合气体，氩气和氦气的纯度均大于99.9％。
助焊剂的化学成分为(质量百分含量)：氯化钾44％，氯化钠30％，氯化锂18％，氟化锂8％。按上述配比将粉末状助焊剂加酒精调成糊状，均匀涂抹在镁合金管件接头处，电吹风冷风吹干。所用助焊剂为粒度250目的粉末。
镁合金焊丝的化学成分为(质量百分含量)：Al 12％，Zn 1.2％，Mn 0.25％，Cu≤0.05％，Si≤0.05％，其余为Mg。
焊接工艺参数为：直流反极性，基值电流80A～100A，脉冲电流110A～130A，脉冲宽比42％，脉冲幅比6，脉冲频率5000Hz，焊接线速度80cm/min～90cm/min，保护气体(Ar+He)流量18L/min～25L/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12mm，钨极伸出长度10mm，焊丝与管件之间的倾角保持在15°～20°，保持管件匀速转动，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3：
采用直径为3.0mm的镁合金焊丝，对外径100mm、壁厚6mm的MB3镁合金管件进行对接焊，被连接管件的长度为240mm。管件接头处开单面55°V型坡口，焊接设备为美国米勒Auto-Axcess 350型高级数字脉冲氩弧焊机。
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，露出金属光泽。对镁合金管件用质量百分比为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2.0mm。保护气体为75％Ar+25％He混合气体，氩气和氦气的纯度均大于99.9％。
助焊剂的化学成分为(质量百分含量)：氯化钾50％，氯化钠20％，氯化锂20％，氟化锂10％。按上述配比将粉末状助焊剂加酒精调成糊状，均匀涂抹在镁合金管件接头处，电吹风冷风吹干。所用助焊剂为粒度250目的粉末。
镁合金焊丝的化学成分为(质量百分含量)：Al 10％，Zn 2.0％，Mn 0.35％，Cu≤0.05％，Si≤0.05％，其余为Mg。
焊接工艺参数为：直流反极性，基值电流80A～100A，脉冲电流110A～130A，脉冲宽比42％，脉冲幅比6，脉冲频率5000Hz，焊接线速度80cm/min～90cm/min，保护气体(Ar+He)流量20L/min～25L/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12mm，钨极伸出长度10mm，焊丝与管件之间的倾角保持在15°～20°，保持管件匀速转动，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。

Claims (10)

1.一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，其特征是，包括步骤如下：
将助焊剂粉末加酒精调成糊状，均匀涂抹在镁合金管件接头处，自然干燥或冷风吹干；将待焊接镁合金管件对接，采用镁合金焊丝作为填充材料，在Ar和He惰性气体保护，以脉冲钨极惰性气体保护焊工艺进行焊接；所述的助焊剂的重量百分比组成为：氯化钾40％～50％，氯化钠20％～30％，氯化锂15％～25％，氟化锂5％～10％。
2.根据权利要求1所述的一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，其特征是，所述的镁合金焊丝的化学成分为：Al 10％～15％，Zn 1.0％～3.5％，Mn 0.15％～0.50％，Cu≤0.05％，Si≤0.05％，其余为Mg，以质量百分比计。
3.根据权利要求1所述的一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，其特征是，所述的脉冲钨极惰性气体保护焊的焊接参数为：直流反极性，基值电流60A～180A，脉冲电流90A～140A，脉冲宽比30％～45％，脉冲幅比5～10，脉冲频率5000Hz，焊接线速度80cm/min～160cm/min，保护气体流量15L/min～25L/min。
4.根据权利要求3所述的一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，其特征是，所述惰性气体是氩气与氦气，混合体积比为75％Ar与25％He，氩气和氦气的纯度均大于99.9％。
5.根据权利要求1所述的一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，其特征是，所述的助焊剂为200-300目的粉末。
6.根据权利要求1所述的一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，其特征是，所述的镁合金管件的直径为40mm～200mm，厚度为3mm～12mm。
7.根据权利要求1所述的一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，其特征是，所述的镁合金焊丝直径为2.0mm～3.0mm，钨极直径为2.0mm～3.0mm；钨极伸出长度6mm～10mm，喷嘴孔径12mm，焊枪喷嘴离施焊点的距离8mm～12mm。
8.根据权利要求1所述的一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，其特征是，焊接过程中，焊枪与管件之间的夹角是70°～90°，焊丝与管件之间的倾角保持在15°～35°，保持管件匀速转动。
9.根据权利要求1所述的一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，其特征是，所述的脉冲钨极惰性气体保护焊中，采用高频脉冲引弧，引弧前先打开保护气体，保持流通20s～30s以排除空气，并利用保护气流带走附着在导气管内壁上的水分，找准引弧点，在管件接头处引燃电弧，电弧长度保持约1mm～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。
10.根据权利要求1所述的一种填加助焊剂的镁合金管件脉冲焊接方法，其特征是，镁合金焊丝在施焊前，焊丝用细砂纸打磨；批量生产中用碱洗法清洗，清理后的焊丝应在12h内使用。
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