CN115846931B

CN115846931B - 一种镁合金焊丝及其制备方法和zm6镁合金焊接的方法

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Publication number: CN115846931B
Application number: CN202310043291.1A
Authority: CN
Inventors: 邵冲; 吴海龙; 郑宗文; 朱小平; 王凯; 杨武强; 张国驰; 邢昌勇; 莫雪妍; 贾林玥; 王子阳; 张小强
Original assignee: Hebei Gangyan Dekai Technology Co ltd
Current assignee: Hebei Gangyan Dekai Technology Co ltd
Priority date: 2023-01-29
Filing date: 2023-01-29
Publication date: 2023-05-02
Anticipated expiration: 2043-01-29
Also published as: CN115846931A

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ZM6镁合金焊接的方法。本发明的镁合金焊丝，主要由按质量百分数计的如下成分组成：Nb 1.5%~2.0%、Ce 0.05%~0.1%、Mn 0.34%~0.36%、Zr 0.5%~0.7%，余量为Mg和不可避免的杂质。采用本发明的镁合金焊丝对ZM6镁合金进行氩弧焊焊接，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，显著提高ZM6镁合金的焊接质量。

Description

一种镁合金焊丝及其制备方法和ZM6镁合金焊接的方法

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ZM6镁合金焊接的方法。

背景技术

镁合金具有密度低、强度高、吸收冲击能和振动能力高，同时其切割、加工性能良好的特点，与其他金属材料相比，具有较高的强度/重量比。因此，在汽车、航空航天、通讯、电子等领域具有广泛应用。按成形工艺，镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金，两者在成分、组织性能上存在很大差异。铸造镁合金主要用于汽车零件、机件壳罩和电气构件等；变形镁合金主要用于薄板、挤压件和锻件等。铸造镁合金是以镁为基加入合金化元素形成的适于用铸造方法生产零部件的镁合金。铸造镁合金按合金化元素分为：镁铝锌系铸造镁合金、镁锌锆系铸造镁合金、镁稀土锆系铸造镁合金。其中，ZM6镁合金属于镁稀土锆系铸造镁合金中的一种，是一种重要的铸造镁合金，具有良好的高温抗蠕变性能和铸造性能等。

镁合金作为高性能结构材料，在实际应用中必然会采用镁合金焊接结构。随着镁合金产品用量的增加，镁合金焊接结构件也逐渐增加，对镁合金焊丝的需求也不断增加。对于具有越来越高的使用要求的镁合金产品，其对焊接质量的要求也在逐步提高。目前主要采用同质的镁合金焊丝，然而，同质焊丝在焊接过程中，容易发生氧化、焊接区晶粒粗大而使得接头强度较低，容易在焊接接头处出现热裂纹。

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焊区晶粒粗大、焊接接头处容易产生裂纹等问题。

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一种ZM6镁合金焊接的方法，采用上述镁合金焊丝进行ZM6镁合金焊接，能够细化ZM6镁合金焊区晶粒，降低焊接裂纹倾向性。

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，主要由按质量百分数计的如下成分组成：

Nb 1.5%~2.0%、Ce 0.05%~0.1%、Mn 0.34%~0.36%、Zr 0.5%~0.7%，余量为Mg和不可避免的杂质。

进一步地，所述镁合金焊丝，主要由按质量百分数计的如下成分组成：

Nb 1.8%~2.0%、Ce 0.05%~0.08%、Mn 0.34%~0.36%、Zr 0.55%~0.65%，余量为Mg和不可避免的杂质。

进一步地，所述镁合金焊丝中不含Zn。

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。

本发明还提供了所述的镁合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

（A）将按各元素组成配料的原料经过熔炼、浇注得到棒料；

（B）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（A）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（B）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。

本发明还提供了一种ZM6镁合金焊接的方法，包括采用如上所述的镁合金焊丝对ZM6镁合金基材进行焊接。

进一步地，所述焊接包括氩弧焊焊接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的镁合金焊丝，通过调整镁合金焊丝的成分，使其凝固区间缩小，并且通过增加微量元素，提高了抗氧化能力，使其在焊接时的裂纹倾向大大降低。

本发明的镁合金焊丝尤其适用于ZM6镁合金；采用该镁合金焊丝进行ZM6镁合金氩弧焊焊接，焊区晶粒尺寸较小，焊接接头处无裂纹出现，显著提高了ZM6镁合金焊接接头的质量。

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ZM6镁合金氩弧焊焊接的尺寸为100μm的焊区组织图。

图2为本发明采用实施例1的镁合金焊丝1#进行ZM6镁合金氩弧焊焊接的尺寸为50μm的焊区组织图。

图3为本发明采用实施例1的镁合金焊丝1#进行ZM6镁合金氩弧焊焊接的尺寸为20μm的焊区组织图。

图4为本发明采用实施例1的镁合金焊丝1#进行ZM6镁合金氩弧焊焊接的尺寸为20μm的焊区交接处组织图。

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ZM6镁合金焊接的方法进行具体说明。

在本发明的一些实施方式中提供了一种镁合金焊丝，主要由按质量百分数计的如下成分组成：

对于镁合金的焊接，由于镁合金因结晶区间宽，存在容易发生氧化、焊接区晶粒粗大而使接头强度低、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，增加微量元素，使其在镁合金焊接过程中，可大幅度细化焊缝晶粒，减少裂纹的出现，显著改善镁合金焊接接头的质量。

本发明为了进一步镁合金提高焊丝的性能，对镁合金焊丝的组分进一步优化，使其具有更加优异的性能。

在本发明的一些实施方式中，镁合金焊丝，主要由按质量百分数计的如下成分组成：

如在不同实施方式中，镁合金焊丝中各元素组成可分别如下：

Nb的质量百分数可以为1.8%、1.82%、1.84%、1.86%、1.88%、1.9%、1.92%、1.94%、1.96%、1.98%或者2.0%等等；

Ce的质量百分数可以为0.05%、0.06%、0.07%或者0.08%等等；

Mn的质量百分数可以为0.34%、0.35%或者0.36%等等；

Zr的质量百分数可以为0.55%、0.60%或者0.65%等等。

在本发明的一些实施方式中，镁合金焊丝中不含Zn。

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：

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的质量百分数≤0.15%。

在本发明的一些实施方式中，镁合金焊丝中，Fe的质量百分数≤0.05%。

在本发明的一些实施方式中，镁合金焊丝中，Ni的质量百分数≤0.005%。

在本发明的一些实施方式中，镁合金焊丝中，Cu的质量百分数≤0.05%。

在本发明的一些实施方式中，镁合金焊丝中，Be的质量百分数≤0.001%。

Nb 1.8%~2.0%、Ce 0.05%~0.08%、Mn 0.34%~0.36%、Zr 0.55%~0.65%、Si≤0.15%、Fe≤0.05%、Ni≤0.005%、Cu≤0.05%和Be≤0.001%，余量为Mg。

ZM6镁合金属于镁稀土锆系铸造镁合金中的一种，ZM6镁合金，按质量百分数计，包括如下成分：

Zn 0.1%~0.7%、Zr 0.4%~1.0%、Nd 2.0%~2.8%、Cu ≤0.1%和Ni ≤0.01%，余量为Mg。

本发明的镁合金焊丝，尤其适用于ZM6镁合金的焊接；通过调整焊丝的成分，增加微量元素的含量，使其熔点低于ZM6镁合金的熔点，提高抗氧化能力，从而使其在ZM6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Mn，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。

在本发明的一些实施方式中，ZM6镁合金焊接专用焊丝，由按质量百分数计的如下成分组成：

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；典型但非限制性的，例如，镁合金焊丝的直径为2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm或者3.5mm等等。

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镁合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

（A）将按各元素组成配料的原料经过熔炼、浇注得到棒料；

（B）将棒料加热至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（A）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（B）中，加热前还包括将所述棒料进行精车处理；精车处理后，棒料的直径为100~120mm。

在本发明的一些实施方式中，步骤（B）中，棒料的加热温度可以为200℃、250℃、300℃、350℃或者400℃等等。

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：

（A）将按各元素组成配料的原料经过熔炼、浇注得到棒料；

（B）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（B）中，将棒料加热至300℃。

本发明还提供了一种ZM6镁合金焊接的方法，包括采用上述镁合金焊丝对ZM6镁合金基材进行焊接。

在本发明的一些实施方式中，焊接包括氩弧焊焊接。

ZM6镁合金因结晶区间宽，焊接性能较差；并且，ZM6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ZM6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：

（A）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；

（B）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：

试验例1

采用实施例1中的镁合金焊丝1#对ZM6镁合金进行氩弧焊焊接，对焊接区进行显微组织测试，其结果如图1、图2、图3和图4所示，其中，图1~图3为不同尺寸的焊区的组织图，图4为焊区交接处组织图。

从图1~图4可以看出，采用实施例1中的镁合金焊丝1#对ZM6合金进行氩弧焊焊接，焊区的晶粒细小。

分别采用实施例1的镁合金焊丝1#~3#和对比例1中的镁合金焊丝6#~9#对ZM6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。

表3

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

1.一种镁合金焊丝，其特征在于，主要由按质量百分数计的如下成分组成：

2.根据权利要求1所述的镁合金焊丝，其特征在于，主要由按质量百分数计的如下成分组成：

3.根据权利要求1所述的镁合金焊丝，其特征在于，所述镁合金焊丝中不含Zn。

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：

（A）将按各元素组成配料的原料经过熔炼、浇注得到棒料；

（B）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（A）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（B）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。

9.一种ZM6镁合金焊接的方法，其特征在于，包括采用权利要求1~5任一项所述的镁合金焊丝对ZM6镁合金基材进行焊接。

10.根据权利要求9所述的ZM6镁合金焊接的方法，其特征在于，所述焊接包括氩弧焊焊接。