專利名稱：一種鎂合金與鋼的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及異種金屬的焊接方法，特別涉及到一種鎂合
金與鋼的焊接方法。
背景技術(shù)：
鎂合金具有比重輕、比強(qiáng)度高、電磁屏蔽性能及導(dǎo)熱性能良好、易回收等特點(diǎn)，被稱為最具有發(fā)展前景的綠色工程結(jié)構(gòu)材料。根據(jù)汽車等交通工具節(jié)能降耗的需求，鎂合金已經(jīng)成為該領(lǐng)域首選的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。鎂合金的應(yīng)用不可避免地遇到與鋼的焊接問題，例如，交通工具的鎂合金座椅、腳踏板等需要與鋼結(jié)構(gòu)底盤焊接。開發(fā)新型鎂合金與鋼的高效焊接技術(shù)，對(duì)研制和開發(fā)新型輕質(zhì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接零部件具有積極的促進(jìn)作用。
現(xiàn)有的異種金屬焊接技術(shù)，主要采用的焊接方法有擴(kuò)散焊和釬焊，爆炸焊和激光焊也有少量報(bào)道。擴(kuò)散焊包括直接擴(kuò)散焊和夾層擴(kuò)散焊，是在一定的溫度和壓力下，兩種金屬界面發(fā)生原子或分子擴(kuò)散，獲得焊接接頭；釬焊是采用熔點(diǎn)比被焊材料低的釬料，通過加熱和保溫，利用釬料熔化的潤(rùn)濕性和鋪展能力，來獲得所需要的焊接接頭，例如鋁合金和鋼的焊接，采用電弧焊使鋁合金熔化鋪展在鋼的表面，而鋼不熔化，利用鋁合金在鋼表面的潤(rùn)濕來實(shí)現(xiàn)兩者的連接，實(shí)際上屬于一種熔化釬焊的方法。對(duì)于鎂合金與鋁合金的焊接，由于鎂與鋁直接接觸很容易發(fā)生反應(yīng)，生成脆性化合物，使焊接接頭的力學(xué)性能顯著降低，目前的研究多采用添加低熔點(diǎn)鋅基夾層材料，采用擴(kuò)散焊和釬焊的方法來抑制和減少鎂鋁化合物的產(chǎn)生。 鎂合金與鋼在物理性能和化學(xué)性能方面同樣存在著很大差異一方面，鎂合金和鋼的熔點(diǎn)相差很大(分別為65(TC和1500°C )，很難實(shí)現(xiàn)兩者的同時(shí)熔化；另一方面，從相圖上看鎂與鐵幾乎不互溶，也不存在相互反應(yīng)，不能生成金屬間化合物，因此從焊接理論和工藝上講，現(xiàn)有的焊接方法很難實(shí)現(xiàn)二者的有效焊接。日本大阪大學(xué)進(jìn)行了變形鎂合金與鋼的搭接的攪拌磨擦焊，焊接界面顯示二者只是機(jī)械連接(Materials&Design，2009，3913)，其接頭所承受最大拉力約為3. 5kN，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。大連理工大學(xué)采用激光_電弧復(fù)合焊接技術(shù)進(jìn)行了研究，激光的快速加熱和沖擊作用能夠使鎂、鋼同時(shí)熔化，獲得連接接頭，但是分析發(fā)現(xiàn)，由于鎂與鋼幾乎不互溶，也不反應(yīng)，該接頭的連接方式為機(jī)械連接，力學(xué)性能仍不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求(焊接學(xué)報(bào)，2006，Vo1.27， Issue. 12 :53-57)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提出一種鎂合金和鋼的焊接方法，采用激光-電弧復(fù)合焊接工藝，實(shí)現(xiàn)鎂合金與鋼的冶金連接，提高焊接接頭的力學(xué)性能，達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 —種鎂合金與鋼的焊接方法，其特征在于，在鎂合金與鋼之間預(yù)置0. 05mm 0. 3皿厚的鎳合金片或銅合金片，用激光-電弧復(fù)合焊接方法進(jìn)行點(diǎn)焊或連續(xù)焊接；鎳合金的成分及其重量比為Ni 80% 90%、Cr 5% 15%、Mo1 5%、其他雜質(zhì)< 0. 1 ;銅合金的成分及其重量比為Cu80X 95X、Zn5X 20X、其他雜質(zhì)〈0. 1 ;采用YAG固體激光器 或半導(dǎo)體激光器，激光功率為300W 5000W,電弧功率為500W 4000W，連續(xù)焊接時(shí)焊接速 度為500mm/min 3000mm/min。 焊接前將鎂合金與鋼的一端搭接在一起，搭接寬度可以為15 20mm，鎳合金或銅 合金夾放在搭接處的鎂合金與鋼之間。焊接時(shí)激光束與電弧電極的夾角為0 45度、激光 沖擊點(diǎn)與電弧作用熔池中心距離為0 3mm效果較好。 加入的鎳合金或銅合金，焊接時(shí)會(huì)在與鎂合金接觸側(cè)形成Mg^i或Mg^u等金屬間
化合物，在與鋼接觸側(cè)會(huì)形成鎳或銅與鐵的固溶體，從而獲得了冶金連接接頭，提高了連接
強(qiáng)度。鎳合金中的鉻，以及銅合金中的鋅均能夠提高焊接接頭的耐腐蝕性能。 本發(fā)明的鎂/鋼焊接方法，通過添加中間過渡層，采用激光_電弧復(fù)合焊接工藝，
實(shí)現(xiàn)了鎂合金與鋼之間的冶金連接，顯著提高了焊接接頭的力學(xué)性能，接頭抗剪切強(qiáng)度可
達(dá)160MPa以上，能夠滿足實(shí)際結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用需求，可用于開發(fā)汽車等交通工具中的新型鎂
鋼結(jié)構(gòu)件。


圖1為鎂合金與鋼的焊接方法示意圖。 圖中1為鎂合金，2為鋼，3為鎳合金片或銅合金片，4為激光，5為電弧。
圖2為鎂合金與鋼焊接搭接接頭結(jié)構(gòu)示意圖，圖中L為搭接寬度。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例l，在鎂合金與鋼之間預(yù)置鎳合金，用激光_電弧復(fù)合焊接方法進(jìn)行連續(xù)焊 接。 變形鎂合金AZ31B板材厚度為2.5mm， Q235鋼板材厚度為1. 8mm，尺寸均為 80X60mm，焊前進(jìn)行除銹處理，并使用丙酮去除表面油脂。鎳合金成分為90 % Ni+8. 6 % Cr+1. 4% Mo，雜質(zhì)〈0. 1%，厚度為0. lmm。 如圖1和圖2所示，采用搭接的焊接方式，鎂合金1在上，鋼2在下，鎳合金3夾在 搭接接頭之間，搭接寬度L為20mm。 激光-電弧復(fù)合焊接工藝參數(shù)選擇如下電弧電流80A，電弧電壓12V，焊接速度為 1000mm/min，激光平均輸出功率450W，脈沖頻率為30Hz。 焊接時(shí)激光束4與電弧電極5的夾角為40度、激光沖擊點(diǎn)與電弧作用熔池中心距 離為lmm。 焊后采用萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸，鎂合金與鋼焊接接頭的抗剪切強(qiáng)度可達(dá)170MPa， 能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。 實(shí)施例2，在鎂合金與鋼之間預(yù)置銅合金，用激光-電弧復(fù)合焊接方法進(jìn)行點(diǎn)焊。
鎂合金AZ91D板材厚度為3. 5mm， Q235鋼板材厚度為2. 5mm，尺寸均為80X60mm， 焊前進(jìn)行除銹處理，并使用丙酮去除表面油脂。銅合金成分為85% Cu+15% Zn，其他雜質(zhì) < 0. 1%，厚度為0. 24mm。 如圖1和圖2所示，采用搭接的焊接方式，鎂合金1在上，鋼2在下，銅合金3夾在搭接接頭之間，搭接寬度L為15mm。 激光-電弧復(fù)合焊接工藝參數(shù)選擇如下電弧電流140A，電弧電壓15V，激光平均 輸出功率2000W。 焊接時(shí)激光束4與電弧電極5的夾角為20度、激光沖擊點(diǎn)與電弧作用熔池中心距 離為0. 5鵬。 焊后采用萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸，鎂合金與鋼焊接接頭的抗剪切強(qiáng)度可達(dá)160MPa， 能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。
權(quán)利要求
一種鎂合金與鋼的焊接方法，其特征在于，在鎂合金與鋼之間預(yù)置0.05mm～0.3mm厚的鎳合金片或銅合金片，用激光-電弧復(fù)合焊接方法進(jìn)行點(diǎn)焊或連續(xù)焊接；鎳合金的成分及其重量比為Ni 80％～90％、Cr 5％～15％、Mol～5％、其他雜質(zhì)＜0.1，銅合金的成分及其重量比為Cu80％～95％、Zn5％～20％、其他雜質(zhì)＜0.1；采用YAG固體激光器或半導(dǎo)體激光器，激光功率為300W～5000W，電弧功率為500W～4000W，連續(xù)焊接時(shí)焊接速度為500mm/min～3000mm/min。
2. 如權(quán)利要求1所述的鎂合金與鋼的焊接方法，其特征在于，焊接時(shí)激光束與電弧電極的夾角為0 45度，激光沖擊點(diǎn)與電弧作用熔池中心距離為0 3mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于材料工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及異種金屬的焊接方法，特別涉及到一種鎂合金與鋼的焊接方法，其特征在于，在鎂合金與鋼之間預(yù)置0.05mm～0.3mm厚的鎳合金片或銅合金片，用激光-電弧復(fù)合焊接方法進(jìn)行點(diǎn)焊或連續(xù)焊接。鎳合金的成分及其重量比為Ni 80％～90％、Cr 5％～15％、Mo1～5％、其他雜質(zhì)＜0.1；銅合金的成分及其重量比為Cu 80％～95％、Zn 5％～20％、其他雜質(zhì)＜0.1。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了鎂合金與鋼之間的冶金連接，顯著提高了焊接接頭的力學(xué)性能，接頭抗剪切強(qiáng)度可達(dá)160MPa以上，能夠滿足實(shí)際結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用需求，可用于開發(fā)汽車等交通工具中的新型鎂鋼結(jié)構(gòu)件。
文檔編號(hào)B23K28/00GK101695791SQ20091018830
公開日2010年4月21日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者劉黎明, 宋剛, 張兆棟, 齊曉冬 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué);