一种有效改善Mg-Al系镁合金焊接组织的焊丝制造技术

本发明专利技术涉及一种有效改善Mg‑Al系镁合金焊接组织的焊丝，属于材料加工中的焊接工艺技术领域。由内芯(Mg‑Al系镁合金)、药芯粉料(成份质量百分比为：Zn：0.2～0.8％，Mn：0.3～0.6％，MgCO3：3.2～3.7％，Sr：0.1～2.7％，Ce：0.03～0.6％，Nd：0.05～0.5％，Al‑Mg合金粉为余量)、和外皮材料组成一种镁合金药芯焊丝。本发明专利技术主要适用于Mg‑Al系镁合金焊接，包裹药芯粉料在焊接过程中可大幅细化焊缝晶粒、降低Mg17Al12硬脆性沉淀相数量，减少气孔及热裂倾向，极大改善了镁合金焊接接头的微观组织和力学性能，对于推动镁合金的工程应用具有重要意义。

A Welding Wire for Improving the Welding Microstructure of Mg-Al Magnesium Alloy

The invention relates to a welding wire which can effectively improve the welding structure of Mg Al magnesium alloy, belonging to the welding technology field in material processing. Magnesium alloy flux-cored wire is composed of inner core (Mg Al magnesium alloy), flux-cored powder (component mass percentage: Zn: 0.2-0.8%, Mn: 0.3-0.6%, MgCO 3:3.2-3.7%, Sr: 0.1-2.7%, Ce: 0.03-0.6%, Nd: 0.05-0.5%, Al Mg alloy powder as surplus) and outer material. The invention is mainly applicable to the welding of Mg Al magnesium alloys. The powder coated with flux cores can greatly refine the weld grain, reduce the number of hard and brittle precipitates of Mg17Al12, reduce the porosity and hot cracking tendency, greatly improve the microstructure and mechanical properties of the welded joints of magnesium alloys, and has great significance for promoting the engineering application of magnesium alloys.

【技术实现步骤摘要】
一种有效改善Mg-Al系镁合金焊接组织的焊丝
本专利技术属于镁合金焊接
，具体涉及一种有效改善Mg-Al系镁合金焊接组织的焊丝。
技术介绍
镁合金是目前最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度高、易于成形等优点，在航空航天、汽车电子等领域应用广泛。其中，Mg-Al系镁合金是目前牌号最丰富、应用最广泛的镁合金系列，在汽车领域应用广泛。AZ31、AZ80、AZ91等AZ系镁合金屈服强度较高，广泛用于制造形状复杂的薄壁压铸件，如发动机和传动系的壳体、电子器材壳体、手动工具等。铝含量稍低的AM系镁合金(如AM30、AM50、AM60)具有优良的断裂性能但屈服强度较低，通常用于承受冲击载荷的场合，如轿车侧门、仪表盘、座椅框架、轮毂及体育用品等。由于镁合金自身的物理化学性质，镁合金焊接技术难度较大，譬如：(1)镁合金在焊接过程中容易晶粒粗化，生成大量的柱状晶；(2)镁合金焊接过程中，还易于卷入空气中的氮气和水，与水反应则生成氢气，氮气泡和氢气泡受到的浮力较小，又因为焊缝区的熔融金属冷却速度较快，致使大量的氢和氮逸出困难，最终以气孔的形式残留在焊缝中，气孔将成为焊接接头承重过程中的裂纹扩展源；(3)Mg-Al系镁合金在焊接过程中，还会有大量硬脆性β-Mg17Al12沉淀相在晶界处析出，沉淀相对裂纹扩展速率具有显著影响，从而导致镁合金焊接接头强度降低，焊接接头质量较差；而且国内主要采用同质的镁合金焊丝，同质焊丝在焊接过程中，镁和锌等元素挥发氧化烧损严重、焊接区晶粒粗大而使得接头强度明显低于母材强度，不足以提供良好的焊接匹配性，容易在焊接接头处出现热裂纹。上述问题，已成为制约镁合金发展的技术瓶颈和急待解决的关键技术之一。目前，国内镁合金的焊接过程中所需的焊丝主要通过铸造和热挤压两种方法生产。但由于热挤压法生产的焊丝质量优于铸造法，因此，大多数情况下以热挤压法生产，但是该方法制备出的镁合金焊丝在性能上还是比较低。专利CN102310295B公开一种镁合金焊丝及其制备方法，涉及Mg-Al-Zn(镁铝锌)系镁合金焊丝，尤其是AZ31B镁合金工程熔化焊用并具有较高强度的镁合金焊丝，其化学成分按重量百分比计：Al：2.00wt％-2.50wt％；Zn：0.28wt％-0.50wt％；Mn：0.25wt％-0.50wt％；Ca：0.01wt％-0.03wt％；Ce：0.10wt％-0.83wt％；Y：0.02wt％-0.05wt％；余量为Mg，该焊丝通过热挤压方法制成，虽然可以解决焊缝位置处出现断裂的技术问题，但是焊接接头处的抗拉强度和伸长率较低。专利CN101585121公开了一种高抗热裂性能镁合金焊丝，尤其是涉及一种用于AZ31系列镁合金的焊丝，其化学成分按质量百分数计：Al5.39-6.60％，Zn0.62-0.74％，Ce0.04-0.06％，Mn0.25-0.28％和少量的Cu、Ni、Fe、Si等杂质，该焊丝也是通过热挤压方法制备而成，该焊丝能够防止焊缝热裂纹，但是同样焊接接头处的抗拉强度和伸长率较低，而且焊接接头的焊缝位置处容易发生断裂。1912年，瑞士伊萨公司首次提出了药芯焊丝的概念，之后美国和德国都进行了相关实验，自20世纪50年代开始药芯焊丝得以快速发展。与实心焊丝相比，药芯焊丝可以通过调整药芯添加物的种类和比例，很方便的涉及不同用途的焊接材料，具有焊接效率高、焊接工艺好等优点。与焊条相比，它把断续的焊接过程变为连续的生产方式，减少了焊缝数量，提高了焊缝质量，也提高了生产效率。药芯焊丝兼具了焊条和实心焊丝的优点，又克服了两者的缺点，是很有发展前途的一种焊接材料。目前，药芯焊丝主要大规模应用在钢铁行业的焊接，在铝合金焊接领域刚刚开始应用。由于镁合金自身塑性差，无法作为外层包壳材料，因此目前还未见镁合金药芯焊丝的相关专利报道。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种有效改善Mg-Al系镁合金焊接组织的焊丝。本专利技术创造性的研制出一种由内芯、药芯粉料、和外壳材料三层结构组成的可用于Mg-Al系镁合金焊接的镁合金药芯焊丝。其中镁合金丝材作为内芯植入，主要是用于补充焊接过程烧损、蒸发的Mg及焊缝下榻等，保证焊缝的成形质量；内芯外面外面包裹药芯粉料，通过调整粉料配比，主要用于改善焊接接头微观组织，提高焊接接头质量；最外一层用纯铝带材作为包壳材料，主要为了是焊丝具有良好的刚度和成形性，保证送丝能力。本专利技术焊丝可大幅细化焊缝晶粒、降低β-Mg17Al12硬脆性沉淀相数量，减少气孔及热裂倾向，显著改善Mg合金焊接接头质量。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的第一方面，提供一种有效改善Mg-Al系镁合金焊接组织的药芯粉料，该药芯粉料由如下重量百分数的原料组成：Zn：0.2～0.8％，Mn：0.3～0.6％，MgCO3：3.2～3.7％，Sr：0.1～2.7％，Ce：0.03～0.6％，Nd：0.05～0.5％，Al-Mg合金粉为余量。试验表明，上述原料及配比组成的药芯粉料对焊接接头的微观组织和力学性能的改善效果优异。优选地，该药芯粉料由如下重量百分数的原料组成：Zn：0.2～0.5％，Mn：0.3～0.5％，MgCO3：3.2～3.5％，Sr：0.2～2.0％，Ce：0.1～0.6％，Nd：0.12～0.5％，Al-Mg合金粉为余量。试验表明，上述原料及配比组成的药芯粉料能够有效改善焊接接头的微观组织，提高力学性能。优选地，该药芯粉料由如下重量百分数的原料组成：Zn：0.2～0.3％，Mn：0.3～0.4％，MgCO3：3.2～3.3％，Sr：0.2～0.3％，Ce：0.2～0.3％，Nd：0.4～0.5％，Al-Mg合金粉为余量。试验表明，上述原料及配比组成的药芯粉料对于改善焊接接头的微观组织、提高力学性能的效果更为显著。本专利技术的第二个方面，提供一种有效改善Mg-Al系镁合金焊接组织的焊丝，由镁合金内芯、药芯粉料、和外壳材料三层结构组成镁合金药芯焊丝；其中内芯材料根据所焊材料确定，药芯粉料由如下重量百分数的原料组成：Zn：0.2～0.8％，Mn：0.3～0.6％，MgCO3：3.2～3.7％，Sr：0.1～2.7％，Ce：0.03～0.6％，Nd：0.05～0.5％，Al-Mg合金粉为余量，外壳材料为纯铝带材。优选地，所述内芯材料根据所焊材料确定，譬如焊接AZ31镁合金板材，内芯适合采用AZ31丝材做内芯，焊接AM30镁合金板材，内芯适合采用AM30丝材做内芯；优选地，所述内芯材料占焊丝总质量的比例为29％～34％；优选地，所述药芯粉料粒径80～150目。优选地，所述内芯的直径为0.8～1.8mm。优选地，所述最终成形药芯焊丝的直径为1.6～3.5mm。本专利技术的第三个方面，提供了上述改善Mg-Al系镁合金焊接组织的药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：将纯铝带材带卷成中空管，然后通过送粉装置和送丝装置分别将内芯镁合金和药芯粉料加入到中空管中，最后通过拉丝模，逐道拉拔减径达到1.6～3.5mm，制成镁合金药芯焊丝。本专利技术的第四个方面，提供了一种利用上述药芯焊丝进行镁合金焊接的方法，包括：采用物理方法对镁合金待焊板材进行表面处理；选用上述镁合金药芯焊丝进行镁合金焊接；焊接结束后，将焊接接头转移至加热装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有效改善Mg‑Al系镁合金焊接组织的药芯粉料，其特征在于，该药芯粉料由如下重量百分数的原料组成：Zn：0.2～0.8％，Mn：0.3～0.6％，MgCO3：3.2～3.7％，Sr：0.1～2.7％，Ce：0.03～0.6％，Nd：0.05～0.5％，Al‑Mg合金粉为余量。

【技术特征摘要】
1.一种有效改善Mg-Al系镁合金焊接组织的药芯粉料，其特征在于，该药芯粉料由如下重量百分数的原料组成：Zn：0.2～0.8％，Mn：0.3～0.6％，MgCO3：3.2～3.7％，Sr：0.1～2.7％，Ce：0.03～0.6％，Nd：0.05～0.5％，Al-Mg合金粉为余量。2.根据权利要求1所述的药芯粉料，其特征在于，该药芯粉料由如下重量百分数的原料组成：Zn：0.2～0.5％，Mn：0.3～0.5％，MgCO3：3.2～3.5％，Sr：0.2～0.3％，Ce：0.1～0.6％，Nd：0.12～0.5％，Al-Mg合金粉为余量。3.根据权利要求2所述的药芯粉料，其特征在于，该药芯粉料由如下重量百分数的原料组成：Zn：0.2～0.3％，Mn：0.3～0.4％，MgCO3：3.2～3.3％，Sr：0.2～0.3％，Ce：0.2～0.3％，Nd：0.4～0.5％，Al-Mg合金粉为余量。4.一种有效改善Mg-Al系镁合金焊接组织的焊丝，其特征在于，是由镁合金内芯、药芯粉料、和外壳材料三层结构组成镁合金药芯焊丝；其中内芯材料根据所焊材料确定，药芯粉料是权利要求1～3任一所述的药芯粉芯，外壳材料为纯铝带材。5.根据权利要求4所述的有效改善Mg-Al系镁合金焊接组织的焊丝，其特征在于，所述内芯材料根据所焊材料确定，譬如焊接AZ31镁合金板材，内芯适合采用AZ31丝材做内芯，焊接AM30镁合金板材，内芯适合采用AM30丝材做内芯；优选地，所述内芯材料占焊丝总质量的比例为29％～34％；优选地，所述药芯粉料粒径80～150目；优选地，所述内芯的直径为0.8～1.8mm；优选地，所述药芯焊丝的直径为1.6～3.5mm。6.权利要求4或5所述的有...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪涛，周吉学，林涛，刘玉，李涛，赵静蕊，吴建华，刘运腾，马百常，张琳琳，
申请(专利权)人：山东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37