一种镁与铝异种金属间的熔焊方法

摘要

本发明公开了一种镁与铝异种金属间的熔焊方法，采用低镁铝合金焊丝作为填充材料，惰性气体保护，以电磁脉冲交流钨极氩弧焊焊接镁与铝，其中，所述的低镁铝合金焊丝以质量百分比计，镁含量是0.5％～3.0％，直径为2.0～3.0mm；所述惰性气体是纯度大于99.9％的氩气；所述电磁脉冲交流钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：基值电流50A～130A、脉冲电流200A～350A、脉冲持续时间5s～10s、脉冲频率35Hz～75Hz，焊接电压24V～26V，焊接速度1.0mm/s～1.8mm/s，氩气流量10L/min～18L/min，钨极伸出长度5mm～6mm，焊枪喷嘴离工件的距离6mm～10mm，被焊接工件的厚度1.5mm～14mm。本发明的方法焊接效率高，成本低，使用方便灵活，可获得无裂纹、无镁铝脆性化合物的焊接接头，能够满足镁－铝异种复合结构在生产中的使用要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种异种金属间的焊接方法，尤其涉及一种镁与铝异种金属间的熔焊方法，属于焊接技术领域。

背景技术

随着当代科学技术的发展，人们对材料的性能提出了越来越高的要求，传统的单一材料很难满足现代工程结构对材料综合性能的要求，新型异种材料焊接结构受到人们的普遍关注。活性金属镁、铝及其合金是用于航空、电子、通讯等高新技术领域中的轻金属，是近年来国家重点发展的新材料之一。

针对一些特殊场合的性能要求，将镁和铝连接形成复合结构既可以节约材料，又能充分发挥两种金属各自的性能优势，提高航空、通讯和汽车制造领域对轻质结构件的性能要求。但是，镁和铝的物理、化学性能差异很大，二者表面都极易形成氧化膜、阻碍其连接结合。镁与铝异种金属采用熔焊方法时接头区晶粒粗大，焊缝中形成脆性的镁铝化合物，易导致产生焊接裂纹和接头强韧性难以满足工程中的使用要求。

目前，国内外有关镁、铝及其合金同种材料的焊接主要采用电子束焊、激光焊、真空钎焊、扩散焊等方法。但对镁与铝异种活性金属的焊接，国内外的文献报道极少。美国University of Texas采用搅拌摩擦焊实现了针对Mg与6061铝合金的连接，但搅拌摩擦焊是依靠搅拌头摩擦产生热量，使元素扩散和晶粒重新组合从而实现金属的结合，对工件定位严格，只适合于平直接头，难以实现角焊缝和复杂接头的连接。以色列A.Ben-Artzy等采用不同的焊丝作为填充金属，用钨极氩弧焊和电子束焊针对纯铝6063与铸造Mg合金进行焊接，发现在接头熔合区附近出现共晶组织，在Mg合金侧熔合区附近形成连续脆性相。因此，熔焊熔合区中脆性化合物的存在是引起接头脆性和强度较低的主要原因。

解决镁与铝异种金属焊接难题，对镁及其合金以及Mg/Al异种复合结构的应用将产生推动作用。

发明内容

针对现有镁-铝异种金属焊接技术中的不足，如接头区脆化、强韧性低等，本发明要解决的问题是，提出一种简便易行、焊接效率高的镁-铝异种金属的熔焊方法。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，接头强度大于140MPa，延伸率大于20％，能够满足镁-铝异种复合结构在生产中的使用要求。

本发明涉及的镁与铝异种金属间的熔焊方法，采用低镁铝合金焊丝作为填充材料，惰性气体保护，以电磁脉冲交流钨极氩弧焊焊接镁与铝，其中，所述的低镁铝合金焊丝以质量百分比计，镁含量是0.5％～3.0％，直径为2.0～3.0mm；所述惰性气体是氩气，其纯度大于99.9％；所述电磁脉冲交流钨极氩弧焊的焊接工艺参数为：基值电流50A～130A、脉冲电流200A～350A、脉冲持续时间5s～10s、脉冲频率35Hz～75Hz，焊接电压24V～26V，焊接速度1.0mm/s～1.8mm/s，氩气流量10L/min～18L/min，钨极伸出长度5mm～6mm，焊枪喷嘴离工件的距离6mm～10mm，被焊接工件的厚度1.5mm～14mm。

上述的低镁铝合金焊丝在施焊前，焊丝用碱洗法清洗，清理后的焊丝应在12h内使用。

上述碱洗法清洗步骤是，先用丙酮除去焊丝表面油污，再以质量百分比为15％的NaOH溶液，在25℃±5℃条件下，清洗10min～15min，之后用清水冲洗，然后在质量百分比为30％的硝酸溶液中清洗，再用水冲洗后，在40℃～60℃条件下烘干。

其中，在所述电磁脉冲交流钨极氩弧焊的焊接中，对接接头坡口用铣刀、自转式坡口机或车床加工，其中，当壁厚差小于或等于2mm时，可以直接焊接；当壁厚差大于或等于3mm时，对较厚一侧管壁应以14°过渡削薄到较薄一侧。

其中，在所述电磁脉冲交流钨极氩弧焊的焊接中，采用高频脉冲引弧，引弧前先打开氩气，保持流通20s～30s以排除空气，并利用氩气流带走附着在导气管内壁上的水分，找准引弧点，在管板坡口上引燃电弧，电弧长度保持2mm～3mm；收弧时，为了防止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5s～10s，以防止钨极氧化。

其中，在所述电磁脉冲交流钨极氩弧焊的焊接中，应注意保持焊枪、焊丝和焊件三者之间的空间位置，焊丝与焊件之间的夹角优选是10°～30°，焊枪与焊件之间的夹角优选是45°～90°。

上述电磁脉冲交流钨极氩弧焊的焊接中，焊丝与焊件之间的夹角最优选是15°～30°，焊枪与焊件之间的夹角最优选是90°。

其中，在所述电磁脉冲交流钨极氩弧焊的焊接中，冷却方式优选水冷。

其中，在所述电磁脉冲交流钨极氩弧焊的焊接中，采用快送和少加焊丝的填丝方法，焊丝端部要始终处于氩气的保护范围之内，防止氧化膜形成。

其中，在所述电磁脉冲交流钨极氩弧焊的焊接中，采用对称焊或分散焊方式，以降低焊接应力。

采用本发明涉及的镁与铝异种金属间的熔焊方法，焊接效率高，成本低，使用方便灵活，可获得无裂纹、无镁铝脆性化合物的焊接接头，能够满足镁-铝异种复合结构在生产中的使用要求。

本发明的方法通过精确调整如基值电流、脉冲电流、脉冲持续时间、脉冲频率等脉冲参数，控制焊接熔池凝固条件、熔合区熔化以及产生再结晶的条件，与常规的熔焊方法相比，消除了焊缝和熔合区镁铝化合物脆性相的形成，减小接头的冷裂倾向；与其他熔焊方法和直接扩散焊方法相比，接头强度提高到140MPa，延伸率大于20％，能够满足工业生产中对镁-铝金属异种复合构件的使用要求。

具体实施例

实施例1：

采用直径为3mm、镁含量2.0％～2.5％的低镁铝合金焊丝，对厚度为10mm镁板和铝板外角接头进行电磁脉冲交流钨极氩弧焊。焊前先用丙酮将焊丝表面油污的去除，然后用15％NaOH溶液，在25℃±5℃条件下，清洗15min，再用清水冲洗，然后再用30％硝酸溶液清洗，用水冲洗后进行60℃烘干。焊接工艺参数为：基值电流70A～100A、脉冲电流220A～320A、脉冲持续时间6s～9s、焊接电压25V，焊接速度1.4mm/s～1.7mm/s，氩气流量15L/min～18L/min。

焊接过程中，保持焊枪与角焊缝水平板成45°角，焊丝与水平板焊件之间的倾角保持在15°～20°，喷嘴离工件的距离为6mm，钨极伸出长度5mm，铝合金焊丝端部始终处于氩气保护之中。焊接结束时，首先熄灭电弧，滞后8s后再停止输送氩气。

实施例2：

采用直径为2mm、镁含量1.5％～2.0％的低镁铝合金焊丝，对厚度为6mm镁板和铝板对接接头进行电磁脉冲交流钨极氩弧焊。焊前先用丙酮将焊丝表面油污的去除，然后用15％NaOH溶液，在25℃±2℃条件下，清洗12min，清水冲洗，再用30％硝酸溶液清洗，用水冲洗后进行50℃烘干。焊接工艺参数为：基值电流80A～110A、脉冲电流200A～260A、脉冲持续时间5s～8s、焊接电压25V，焊接速度1.3mm/s～1.5mm/s，氩气流量12L/min～15L/min。

焊接过程中，焊枪与焊件垂直，喷嘴离工件的距离为9mm，钨极伸出长度6mm，焊丝与焊件之间的倾角保持在15°～20°，铝合金焊丝端部始终处于氩气保护之中。焊接结束时，首先断开电弧，持续6s后再停止输送氩气。

实施例3：

采用直径为2mm、镁含量2.0％～2.5％的低镁铝合金焊丝，对壁厚均为4mm、管口外径为60mm的镁管和铝管对接接头进行电磁脉冲交流钨极氩弧焊。引弧前先通氩气20～30s，以排除管内空气。整个焊接过程中，管内始终充纯度99.95％的氩气进行保护。

焊前低镁铝合金焊丝的清理同实施例1。焊接工艺参数为：基值电流60A～100A、脉冲电流200A～240A、脉冲持续时间5s～7s、焊接电压24V，焊接速度1.1mm/s～1.3mm/s，氩气流量10L/min～12L/min。

焊接过程中的钨极伸出长度为5mm，喷嘴离工件的距离是8mm，保持管件转动，焊接熔池始终处于水平位置，焊丝与焊件之间的倾角保持在10°～15°。收弧时，使最终焊道盖住起始焊道约2/3处。