一種合金元素調(diào)控鎂/鋼焊接方法，它涉及一種焊接方法。本發(fā)明專利技術(shù)要解決現(xiàn)有焊接鎂合金與鋼的方法存在燒損和表面成型很難控制的問題。方法：一、制備焊絲；二、對鋼表面進行熔敷處理或者熱滲處理；三、以鎂合金在上、步驟二得到合金元素/鋼在下的形式采用工裝夾具固定在工作臺上，得到待焊工件；四、焊接：采用激光束進行焊接，即完成合金元素調(diào)控鎂/鋼的焊接。優(yōu)點：一、解決鎂合金和鋼熔點差異大的問題；二、實現(xiàn)不反應(yīng)非互溶鎂/鋼之間的連接；三、可以靈活調(diào)整合金元素的種類和配比。本發(fā)明專利技術(shù)主要用于對鎂和鋼的焊接。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種焊接方法。
技術(shù)介紹
鎂合金具有密度低(其密度僅為鋁的2/3，鋼的1/4)，比剛度、比強度高等特點，并且具有良好的電磁屏蔽性能和導(dǎo)熱性能，被譽為21世紀綠色工程結(jié)構(gòu)材料。鎂合金能夠大大減輕結(jié)構(gòu)件的重量，在汽車和航空航天領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景，其使用量也呈逐年增加趨勢。若能實現(xiàn)鎂合金和鋼的可靠連接，發(fā)揮異種材料的不同優(yōu)勢，將擴大鎂合金的應(yīng)用范圍，更大程度上實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件的輕量化生產(chǎn)。鎂合金與鋼在物理性能以及化學(xué)性能等方面存在巨大差異，鎂合金與鋼的熔點相差近900°C (鎂合金為660°C，鋼為1515°C)，并且鎂合金的沸點低(1100°C )，蒸汽壓高，若同時熔化鎂和鋼則不可避免地造成鎂合金的大量燒損蒸發(fā)。因此，采用傳統(tǒng)熔焊的方式很難獲得理想的焊接效果。此外，根據(jù)鎂-鐵二元合金相圖，鎂與鐵屬于典型的不反應(yīng)非互溶的兩種金屬兩者在常溫和高溫時幾乎不互溶，也不發(fā)生任何冶金反應(yīng)，不生成中間相。因此，添加能夠與鎂、鐵形成互溶或發(fā)生反應(yīng)的過渡金屬成為研究的焦點。在中國專利《一種鎂合金與鋼的焊接方法》(申請?zhí)?00910188301.0)中公開了一項方案，在鎂合金與鋼之間預(yù)置鎳合金或銅合金片，采用激光-電弧復(fù)合焊接的方法，焊接時在鎂合金側(cè)形成Mg2Ni 或Mg2Cu等金屬間化合物，在鋼接觸一側(cè)形成鎳-鐵或銅-鐵的固溶體，從而實現(xiàn)了鎂合金與鋼之間的冶金連接。該方法雖解決了鎂與鋼不反應(yīng)非互溶的問題，但是，其實現(xiàn)方式是采用搭接接頭穿透焊，激光穿透鎂合金上板，熔化高熔點的Ni或Cu夾層，然后和下板的鋼形成一個熔池，因此鎂合金的燒損問題和表面成型很難控制。另外，添加薄夾層對裝配的要求較高，不適用于實際的焊接生產(chǎn)。同時，該方法無法針對不同系列的鎂合金和不同種類的鋼進行合理的調(diào)控，以獲得鎂/鋼接頭連接的最佳效果。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決現(xiàn)有焊接鎂合金與鋼的方法存在燒損和表面成型很難控制的問題， 而提供。，具體是按以下步驟完成的一、制備焊絲按 Al的質(zhì)量分數(shù)為3% 10%、Si的質(zhì)量分數(shù)為 5%和余量為Mg的形式進行熔煉， 然后進行拉拔，并冷卻至室溫就得到焊絲；二、滲透處理采用真空爐在溫度為100(TC 1100°C、真空度為61 701 的條件下對鋼表面進行熱滲處理，熱滲處理時間為Mi 12h， 即得到合金元素/鋼；三、裝卡首先對鎂合金和步驟二得到的合金元素/鋼進行表面處理，然后采用搭接接頭的方式，并以鎂合金在上、步驟二得到合金元素/鋼在下的形式采用工裝夾具固定在工作臺上，鎂合金與合金元素/鋼帶有合金元素的一側(cè)搭接在一起，得到待焊工件；四、焊接在激光功率為500W 10kW、焊接速度為0. lm/min 6m/min的條件下， 采用步驟一制備的焊絲對步驟三得到的待焊工件進行焊接，激光束照射在合金元素/鋼表面上，且與鎂合金邊緣相距1.0mm 3. Omm,以氬氣或氦氣保護，保護氣流量為lL/min 50L/min,送絲速度為焊接速度的2 5倍，即完成合金元素調(diào)控鎂/鋼的焊接；步驟二中所述的合金元素是由10% 18% Cr、l % 8% Mrul % 8% Ni和余量為Mg混合而成的粉末狀固體。本專利技術(shù)的優(yōu)點一、本專利技術(shù)利用激光熔釬焊方式，解決鎂合金和鋼熔點差異大的問題，利用鎂基焊絲對搭接接頭進行填充，熔焊一側(cè)形成很好的連接，將鎂/鋼連接的關(guān)鍵控制在釬焊側(cè)的界面處；二、本專利技術(shù)利用鎂基焊絲和鋼中所添加的合金元素，在鎂/鋼界面處發(fā)生擴散，生成反應(yīng)相以實現(xiàn)不反應(yīng)非互溶鎂/鋼之間的連接。同時，利用激光快速熱循環(huán)對界面反應(yīng)層進行精確可控，使得釬焊的界面處不再是接頭的薄弱部位；三、和單一夾層相比，本專利技術(shù)可以同時添加多種所需的合金元素，針對不同的鋼種，可以靈活調(diào)整合金元素的種類和配比，以達到理想的焊接效果；四、本專利技術(shù)填充的焊縫與鎂合金形成很好的同質(zhì)連接，熔焊側(cè)沒有任何缺陷，焊絲熔化的合金元素和合金元素/鋼表面的合金元素發(fā)生相互擴散，形成反應(yīng)層，最終實現(xiàn)非互溶不反應(yīng)鎂/鋼界面的冶金結(jié)合；五、焊后對接頭進行拉剪測試發(fā)現(xiàn)，鎂合金與鋼的焊接接頭斷裂于鎂合金母材，抗拉強度達到鎂合金母材的92%， 完全能夠滿足實際應(yīng)用的需要。附圖說明圖1是具體實施方式一所述的合金元素調(diào)控鎂/鋼焊接方法示意圖，圖中1為鎂基焊絲，2為合金元素/鋼，3為鎂合金，4為激光束，5為焊絲熔化后形成的焊縫，6為焊絲中合金元素，7為合金元素/鋼表面的合金元素；圖2是現(xiàn)有技術(shù)焊接得到的鎂/鋼界面12000 倍的組織形貌圖；圖3是試驗一焊接得到的鎂/鋼界面10000倍的組織形貌圖。具體實施例方式具體實施方式一本實施方式一是，具體是按以下步驟完成的一、制備焊絲按Al的質(zhì)量分數(shù)為3% 10%、Zn的質(zhì)量分數(shù)為 5%和余量為Mg的形式進行熔煉，然后進行拉拔，并冷卻至室溫就得到焊絲；二、滲透處理采用真空爐在溫度為1000°C 1100°C、真空度為61 701 的條件下對鋼表面進行熱滲處理，熱滲處理時間為他 12h，即得到合金元素/鋼；三、裝卡首先對鎂合金和步驟二得到的合金元素/鋼進行表面處理，然后采用搭接接頭的方式，并以鎂合金在上、步驟二得到合金元素/鋼在下的形式采用工裝夾具固定在工作臺上，鎂合金與合金元素/鋼帶有合金元素的一側(cè)搭接在一起，得到待焊工件；四、焊接在激光功率為500W 10kW、焊接速度為0. Im/ min 6m/min的條件下，采用步驟一制備的焊絲對步驟三得到的待焊工件進行焊接，激光束照射在合金元素/鋼表面上，且與鎂合金邊緣相距1. Omm 3. Omm,以氬氣或氦氣保護，保護氣流量為lL/min 50L/min，送絲速度為焊接速度的2 5倍，即完成合金元素調(diào)控鎂/ 鋼的焊接。本實施方式步驟二中所述的合金元素是由10% 18% Cr、l% 8% Mn、l% 8% Ni和余量為Mg混合而成的粉末狀固體。本實施方式利用激光熔釬焊方式，解決鎂合金和鋼熔點差異大的問題，利用鎂基焊絲對搭接接頭進行填充，熔焊一側(cè)形成很好的連接，將鎂/鋼連接的關(guān)鍵控制在釬焊側(cè)的界面處。本實施方式利用鎂基焊絲和鋼中所添加的合金元素，在鎂/鋼界面處發(fā)生擴散， 生成反應(yīng)相以實現(xiàn)不反應(yīng)非互溶鎂/鋼之間的連接；同時，利用激光快速熱循環(huán)對界面反應(yīng)層進行精確可控，使得釬焊的界面處不再是接頭的薄弱部位。和單一夾層相比，本實施方式可以同時添加多種所需的合金元素，針對不同的鋼種，可以靈活調(diào)整合金元素的種類和配比，以達到理想的焊接效果。本實施方式填充的焊縫5與鎂合金3形成很好的同質(zhì)連接，熔焊側(cè)沒有任何缺陷， 焊絲1熔化的合金元素6和合金元素/鋼2表面的合金元素7發(fā)生相互擴散，形成反應(yīng)層， 最終實現(xiàn)非互溶不反應(yīng)鎂/鋼界面的冶金結(jié)合。具體實施方式二 本實施方式與具體實施方式一的不同點是步驟四中所述的激光束為CO2氣體激光束，YAG固體激光束、半導(dǎo)體激光束、光纖激光束。其它與具體實施方式一相同。具體實施方式三本實施方式與具體是實施方式一或二之一的不同點步驟四中所述的激光束為連續(xù)式激光束和脈沖式激光束；其中所述的脈沖式激光束的頻率為IHz 500Hz。。其它與具體實施方式一或二相同。采用下述試驗驗證本專利技術(shù)效果試驗一，具體是按以下步驟完成的一、制備焊絲按Al的質(zhì)量分數(shù)為6. 5%, Zn的質(zhì)量分數(shù)為本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李俐群，檀財旺，陳彥賓，郭偉，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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