CN115781100A - 一种镁合金焊丝及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及镁合金焊丝技术领域，尤其是涉及一种镁合金焊丝及其制备方法和应用。本发明的镁合金焊丝，按质量百分数计，包括如下成分：Ce 1.3%~1.4%、Zn 4.0%~4.8%、Mn 0.34%~0.36%、Zr 0.5%~0.95%，余量为Mg和不可避免的杂质。本发明提供的镁合金焊丝，将其用于镁合金的焊接中，可细化焊缝晶粒，改善镁合金焊接接头的质量，减少裂纹的出现；本发明的镁合金焊丝尤其适用于ZM2镁合金的焊接，ZM2镁合金的焊区晶粒细小，无裂纹产生。

Description

一种镁合金焊丝及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及镁合金焊丝技术领域，尤其是涉及一种镁合金焊丝及其制备方法和应用。

背景技术

镁及镁合金是目前较轻的工程结构材料之一。镁的密度为1.74g/cm³，约为铝合金的1/3、锌合金的1/3、钢铁的1/4、钛合金的2/5、与多数工程塑料相当。镁合金是以镁为基础加入其它元素组成的合金，具有较高的比强度和比刚度，良好的尺寸稳定性、导热导电性，以及优异的铸造、切削加工性能，并具有高阻尼、电磁屏蔽、资源丰富、易回收利用等优点，被誉为“21世纪绿色工程材料”。镁合金在汽车、电子、医疗等领域有着广泛的应用前景。

随着镁合金产品的用量增多，镁合金焊接结构件也逐渐增加，对镁合金焊丝的需求不断增加。目前镁合金焊丝主要包括以下几种：AZ31和AZ61镁合金焊丝、含有Sb的AZ61镁合金焊丝、AZ31B活性焊丝、AZ91及AZ91D镁合金焊丝。焊接镁合金时主要采用与母材相同类型、成分相近的焊接材料。但大多数镁合金具有较大的焊接热裂纹敏感性，容易在焊接接头处出现热裂纹。

目前，常见的镁合金有Mg-Mn、Mg-Al、Mg-Re和Mg-Li等合金系列。其中，ZM2镁合金为稀土铈和锌强化的合金，具有较好的铸造性能和高温强度。但ZM2镁合金因其结晶范围较宽，其焊接性能较差，在焊接过程中极容易产生裂纹等缺陷。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种镁合金焊丝，能够全部或部分解决现有技术中存在的镁合金焊接过程中容易产生裂纹的问题。

本发明的第二目的在于提供一种如上所述的镁合金焊丝的制备方法，该方法步骤简单，适合大规模工业化生产。

本发明的第三目的在于提供如上所述的镁合金焊丝在ZM2镁合金基材焊接中的应用，能够降低ZM2镁合金焊接过程中的焊接裂纹倾向性。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种镁合金焊丝，按质量百分数计，包括如下成分：

Ce 1.3%~1.4%、Zn 4.0%~4.8%、Mn 0.34%~0.36%、Zr 0.5%~0.95%，余量为Mg和不可避免的杂质。

进一步地，所述镁合金焊丝，按质量百分数计，包括如下成分：

Ce 1.35%~1.4%、Zn 4.6%~4.8%、Mn 0.34%~0.36%、Zr 0.65%~0.95%，余量为Mg和不可避免的杂质。

进一步地，所述镁合金焊丝中，Mn的质量百分数为0.35%~0.36%。

进一步地，所述不可避免的杂质包括Si、Fe、Ni、Cu和Be中的一种或多种。

进一步地，所述镁合金焊丝的直径为2.5~3.5mm。

本发明还提供了如上所述的镁合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

S1、将按各元素组成配料的原料经过熔炼、浇注得到棒料；

S2、将所述棒料加热至250~400℃后，挤压得到镁合金焊丝。

进一步地，步骤S1中，所述熔炼包括气体保护熔炼、溶剂保护熔炼和真空熔炼中的任一种。

进一步地，步骤S2中，所述加热前还包括将所述棒料进行精车处理；所述精车处理后，所述棒料的直径为100~120mm。

本发明还提供了如上所述的镁合金焊丝在ZM2镁合金基材焊接中的应用。

进一步地，所述焊接为氩弧焊焊接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）本发明提供的镁合金焊丝，通过调整焊丝的成分，将其用于镁合金的焊接中，可大幅细化焊缝晶粒，显著改善镁合金焊接接头质量，减少裂纹的出现。

（2）本发明提供的镁合金焊丝，尤其适用于ZM2镁合金的氩弧焊焊接，通过调整焊丝的成分，增加微量元素的含量，使其熔点低于ZM2镁合金的熔点，提高抗氧化能力，从而使其在ZM2镁合金焊接的过程中，能够实现从本体、焊接过渡区、焊区及最后收弧区的顺序凝固，减少焊接应力；焊区组织及晶粒较细，能承受更大的应力，从而大大降低了焊接裂纹倾向性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明采用实施例1的镁合金焊丝1#进行ZM2镁合金氩弧焊焊接的尺寸为10μm的焊区晶相图。

图2为本发明采用实施例1的镁合金焊丝1#进行ZM2镁合金氩弧焊焊接的尺寸为20μm的焊区晶相图。

图3为本发明采用实施例1的镁合金焊丝1#进行ZM2镁合金氩弧焊焊接的尺寸为50μm的焊区晶相图。

图4为本发明采用实施例1的镁合金焊丝1#进行ZM2镁合金氩弧焊焊接的尺寸为100μm的焊区晶相图。

图5为本发明采用对比例1的镁合金焊丝5#进行ZM2镁合金氩弧焊焊接的冶金质量图。

图6为本发明采用对比例1的镁合金焊丝6#进行ZM2镁合金氩弧焊焊接的冶金质量图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种镁合金焊丝及其制备方法和应用进行具体说明。

在本发明的一些实施方式中提供了一种镁合金焊丝，按质量百分数计，包括如下成分：

Ce 1.3%~1.4%、Zn 4.0%~4.8%、Mn 0.34%~0.36%、Zr 0.5%~0.95%，余量为Mg和不可避免的杂质。

对于镁合金的焊接，存在容易发生氧化、焊接区晶粒粗大、接头强度低、焊接接头处容易出现裂纹等问题。本发明提供的镁合金焊丝，通过调整焊丝的成分，将其用于镁合金的焊接中，可大幅度细化焊缝晶粒，显著改善镁合金焊接接头的质量，减少裂纹的出现。

镁合金焊丝中，典型但非限制性的，例如，Ce的质量百分数为1.3%、1.31%、1.32%、1.33%、1.34%、1.35%、1.36%、1.37%、1.38%、1.39%或者1.4%等等。

镁合金焊丝中，典型但非限制性的，例如，Zn的质量百分数为4.0%、4.1%、4.2%、4.3%、4.4%、4.5%、4.6%、4.7%或者4.8%等等。

镁合金焊丝中，典型但非限制性的，例如，Mn的质量百分数为0.34%、0.35%或者0.36%等等。

镁合金焊丝中，典型但非限制性的，例如，Zr的质量百分数为0.5%、0.55%、0.6%、0.65%、0.7%、0.75%、0.8%、0.85%、0.9%或者0.95%等等。

在本发明的一些实施方式中，镁合金焊丝，按质量百分数计，包括如下成分：

Ce 1.35%~1.4%、Zn 4.6%~4.8%、Mn 0.34%~0.36%、Zr 0.65%~0.95%，余量为Mg和不可避免的杂质。

本发明为了进一步提高焊丝的性能，对焊丝的组分进一步优化，使其具有更加优异的性能，尤其适用于ZM2镁合金的焊接。

在本发明的一些实施方式中，ZM2镁合金焊接专用焊丝，按质量百分数计，包括如下成分：

Ce 1.35%~1.4%、Zn 4.6%~4.8%、Mn 0.34%~0.36%、Zr 0.65%~0.95%，余量为Mg和不可避免的杂质。

镁合金的结晶范围较宽，其焊接性能较差，在焊接过程中极容易产生裂纹等缺陷。

对于镁合金的焊接一般采用同质焊丝，然而，同质焊丝在焊接过程中，焊接区晶粒较大，容易在焊接接头处出现热裂纹。

ZM2合金，按质量百分数计，包括如下成分：

RE 0.75%~1.75%、Zn 3.5%~5.0%、Mn 0.14%~0.16%、Zr 0.4%~1.0%、Cu 0.05%~0.1%、Ni 0.005%~0.01%，余量为Mg和不可避免的杂质。

本发明提供的镁合金焊丝，通过调整焊丝的成分，增加微量元素的含量，使其熔点低于ZM2镁合金的熔点，提高抗氧化能力，从而使其在ZM2镁合金焊接的过程中，能够实现从本体、焊接过渡区、焊区及最后收弧区的顺序凝固，减少焊接应力；通过添加特定含量的Ce和Zr，促使焊区组织以及晶粒较细，能够承受更大的应力，从而大大降低了焊接裂纹倾向性。

本发明提供的镁合金焊丝，以Ce为合金上限，Zn为合金下限，其凝固区间比母材更窄，在补焊时更利于实现顺序凝固，焊接缺陷少，不容易产生裂纹，锰的加入使其焊接性能更好。

在本发明的一些实施方式中，镁合金焊丝中，Mn的质量百分数为0.35%~0.36%；优选地，Mn的质量百分数为0.35%。

在本发明的一些实施方式中，不可避免的杂质包括Si、Fe、Ni、Cu和Be中的一种或多种。

在本发明的一些实施方式中，镁合金焊丝中，Si的含量≤0.15wt%、Fe的含量≤0.05wt%、Ni的含量≤0.005wt%、Cu的含量≤0.05wt%和Be的含量≤0.001wt%。

在本发明的一些实施方式中，镁合金焊丝，由按质量百分数计的如下成分组成：

Ce 1.35%~1.4%、Zn 4.6%~4.8%、Mn 0.34%~0.36%、Zr 0.65%~0.95%，Si≤0.15%、Fe≤0.05%、Ni≤0.005%、Cu≤0.05%和Be≤0.001%，余量为Mg。

在本发明的一些实施方式中，镁合金焊丝的直径为2.5~3.5mm；优选地，镁合金焊丝的直径为2.8~3.2mm；更优选地，镁合金焊丝的直径为3mm。

本发明采用上述尺寸的镁合金焊丝，有利于提高焊接的效果。焊丝较粗，焊接过程中需要的焊接电流较大，容易产生裂纹；焊丝较细，焊接的电流较小，容易产生冷隔。

在本发明的一些实施方式中还提供了上述镁合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

S1、将按各元素组成配料的原料经过熔炼、浇注得到棒料；

S2、将上述棒料加热至250~400℃后，挤压得到镁合金焊丝。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，熔炼包括气体保护熔炼、溶剂保护熔炼和真空熔炼中的任一种。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，加热前还包括将棒料进行精车处理；精车处理后，棒料的直径为100~120mm。

在本发明的一些具体的实施方式中，镁合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

S1、将按各元素组成配料的原料经过熔炼、浇注得到棒料；

S2、将上述棒料进行精车处理，直至棒料的直径为100~120mm，加热上述棒料至250~350℃后，挤压得到镁合金焊丝。

在本发明的一些具体的实施方式中，步骤S2中，将棒料加热至300℃。

在本发明的一些实施方式中还提供了上述镁合金焊丝在ZM2镁合金基材焊接中的应用。

在本发明的一些具体的实施方式中，焊接为氩弧焊焊接。

ZM2镁合金因结晶区间宽，焊接性能较差；并且，ZM2镁合金的氩弧焊焊接冷却速度非常快，致使其容易产生裂纹。采用本发明的镁合金焊丝进行ZM2镁合金氩弧焊焊接，能够减少焊接应力、细化焊区晶粒、使其能够承受更大的应力，降低裂纹倾向。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供了镁合金焊丝及其制备方法，制得的镁合金焊丝的成分如表1所示。

表1

具体地，上述镁合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

S1、将按各元素组成配料的原料经过气体保护熔炼、重力浇注得到直径为120mm，高度为120mm的棒料；

S2、将上述棒料进行精车处理，直至棒料的直径为110mm，高度为100mm，加热上述棒料至300℃后，挤压得到直径为3mm的镁合金焊丝，将直径为3mm的镁合金焊丝剪切成1m长度。

对比例1

本对比例提供了镁合金焊丝及其制备方法，制得的镁合金焊丝的成分如表2所示。

表2

具体地，上述镁合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

S1、将按各元素组成配料的原料经过气体保护熔炼、重力浇注得到直径为120mm，高度为120mm的棒料；

S2、将上述棒料进行精车处理，直至棒料的直径为110mm，高度为100mm，加热上述棒料至300℃后，挤压得到直径为3mm的镁合金焊丝，将直径为3mm的镁合金焊丝剪切成1m长度。

试验例1

采用实施例1与对比例1的镁合金焊丝1#~6#对ZM2合金进行氩弧焊焊接。

采用实施例1中的镁合金焊丝1#对ZM2合金进行氩弧焊焊接，对焊接区进行冶金质量、显微组织测试，得到焊接区的晶相图，其结果如图1、图2、图3和图4所示。其中，图1的尺寸为10μm，图2的尺寸为20μm，图3的尺寸为50μm，图4的尺寸为100μm。

从图1、图2、图3和图4可以看出，采用实施例1中的镁合金焊丝1#对ZM2合金进行氩弧焊焊接，得到的焊区的晶粒细小，尺寸约为20μm。

分别采用实施例1和对比例1中的镁合金焊丝1#~6#对ZM2合金进行氩弧焊焊接，对焊接后的焊区进行显微组织测试，得到焊区的平均晶粒尺寸（平均晶粒尺寸的数值取整数），并观察有无裂纹，其结果如表3所示。其中，采用对比例1的镁合金焊丝5#进行ZM2镁合金氩弧焊焊接的冶金质量，如图5所示；采用对比例1的镁合金焊丝6#进行ZM2镁合金氩弧焊焊接的冶金质量，如图6所示。

表3

从表1可以看出，采用本发明的镁合金焊丝进行ZM2镁合金氩弧焊焊接，有利于细化焊区晶粒、降低裂纹倾向。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种镁合金焊丝，其特征在于，按质量百分数计，包括如下成分：

Ce 1.3%~1.4%、Zn 4.0%~4.8%、Mn 0.34%~0.36%、Zr 0.5%~0.95%，余量为Mg和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的镁合金焊丝，其特征在于，按质量百分数计，包括如下成分：

Ce 1.35%~1.4%、Zn 4.6%~4.8%、Mn 0.34%~0.36%、Zr 0.65%~0.95%，余量为Mg和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的镁合金焊丝，其特征在于，所述镁合金焊丝中，Mn的质量百分数为0.35%~0.36%。

4.根据权利要求1所述的镁合金焊丝，其特征在于，所述不可避免的杂质包括Si、Fe、Ni、Cu和Be中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的镁合金焊丝，其特征在于，所述镁合金焊丝的直径为2.5~3.5mm。

6.根据权利要求1~5任一项所述的镁合金焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将按各元素组成配料的原料经过熔炼、浇注得到棒料；

S2、将所述棒料加热至250~400℃后，挤压得到镁合金焊丝。

7.根据权利要求6所述的镁合金焊丝的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述熔炼包括气体保护熔炼、溶剂保护熔炼和真空熔炼中的任一种。

8.根据权利要求6所述的镁合金焊丝的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述加热前还包括将所述棒料进行精车处理；所述精车处理后，所述棒料的直径为100~120mm。

9.如权利要求1~5任一项所述的镁合金焊丝在ZM2镁合金基材焊接中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述焊接为氩弧焊焊接。

Images