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2.3 镁合金的焊接方法

2.3.1 TIG焊

TIG焊是在惰性气体的保护下焊接,其焊缝金属纯度高、性能好,焊接加热集中,焊件变形小且电弧稳定性好。

采用TIG焊焊接镁合金,其变形小,热影响区窄,接头力学性能和耐蚀性较高,其主要问题是容易产生气孔、裂纹和夹渣。

填充材料应当采用与母材相应的材料,采用交流电源施焊。表2-11和表2-12分别给出了变形镁合金手工和自动TIG焊的焊接参数。

镁合金也可以采用加活性剂的活化钨极氩弧焊(A-TIG焊),活性剂可以用卤化物,也可以用氧化物等,如Cr 2 O 3 、TiO 2 等。采用A-TIG焊熔深增加,接头性能提高。

表2-11 变形镁合金手工TIG焊的焊接参数

近年来,活化钨极氩弧焊(A-TIG焊)逐步应用到镁合金焊接中,在镁合金A-TIG焊焊接过程中引入直流纵向磁场,通过对磁场电流、活性剂涂敷量的调节,研究了焊缝熔深、熔宽、硬度及显微组织的变化规律。研究表明,当磁场电流为1.5A,活性剂涂敷量为5mg/cm 2 时,焊缝熔深为5.0mm,显微硬度达到73.8HV,焊缝力学性能在磁场与活性剂的双重作用下显著提高。

表2-12 变形镁合金自动TIG焊的焊接参数

(1)活化钨极氩弧焊(A-TIG焊)的优点 由于钨电极在焊接中的发热烧损以及镁合金的高导热性,导致TIG焊焊接镁合金得到的熔深很浅(<3mm)。活化钨极氩弧焊工艺可使传统TIG焊的熔深增加1倍以上。此方法是使用特殊研制的活化材料(活性剂)焊前涂敷到焊件表面,在焊接参数不变的情况下,与常规的TIG焊相比,其能增大熔深1倍以上,而且并不增加正面焊缝宽度。

(2)活化钨极氩弧焊(A-TIG焊)的活性剂 镁合金活性剂主要分为单质型、氧化物型、卤化物型和复合型。

1)单质型。单质型活性剂分为金属型和非金属型,金属型包括Ti、Zn、Cd和Cr等。非金属型包括Te、Si等。Cd和Zn分别使焊缝熔深达到传统TIG焊的150%和180%;Ti对焊缝熔深影响不大;Cr使焊缝熔深减小。Cd和Zn活性剂增加镁合金焊缝熔深的主要机理可能是活性剂使交流电正半波期间电弧导电通道收缩。Te粉使熔深达到传统TIG焊的160%,焊缝深宽比达到0.43。Te增加镁合金A-TIG焊焊缝熔深主要跟活性剂粒子与电子复合导致的电弧收缩有关。

2)氧化物型。多数氧化物型活性剂对焊缝熔深的作用大于单质型活性剂。已研究过的氧化物型活性剂主要有SiO 2 、TiO 2 、Cr 2 O 3 、V 2 O 5 、CaO、MnO 2 、MgO和Al 2 O 3 等。TiO 2 涂覆量的变化对AZ31镁合金A-TIG焊焊接接头的影响为:TiO 2 涂覆量为4.84mg/cm 2 时焊缝成形良好,深宽比最大,但随着涂覆量的增加,焊缝的熔合区粗化,显微硬度值逐渐降低,断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂。活性剂的加入使得焊缝晶界处有脆性相Al 12 Mg 17 的偏析,易形成裂纹源。Ti元素主要集中在焊缝中,而电弧中没有发现Ti元素的存在。TiO 2 活性剂主要通过影响焊接熔池增加熔深。活性剂MgO、CaO、TiO 2 、MnO 2 和Cr 2 O 3 使镁合金A-TIG焊焊接接头熔深达到传统TIG焊的200%以上,但熔合区的晶粒容易长大,接头的抗拉强度有所降低,其中TiO 2 和Cr 2 O 3 降低10%左右。

研究发现,活性剂对电弧电压影响显著,其中TiO 2 使电弧电压下降,Cr 2 O 3 使电弧电压升高;活性剂对电弧形态影响较小。

3)卤化物型。卤化物是发现并研究最早的活性剂,因具有较低的熔点、沸点和分解温度等特点而使电弧特性发生改变,从而大幅度增加焊缝熔深,成为镁合金活性焊接中重要的活性剂。研究过的活性剂主要有MnCl 2 、CdCl 2 、CaCl 2 、MgCl 2 、NiCl 2 、ZnCl 2 、ZnF 2 、CaF 2 、AlF 3 等。CaCl 2 、CdCl 2 、PbCl 2 、CeCl 3 等氯化物均可增大熔深,认为活性剂导致焊接电压和电弧温度的升高是熔深增加的主要原因。

4)复合型。单一活性剂容易导致焊缝组织晶粒粗大,熔深增加效果不理想,焊缝的力学性能不能得到明显改善。复合型活性剂则可以充分利用各类单一活性剂的优势。复合型活性剂有氧化物复合型,氧化物和卤化物复合型,其中卤化物具有吸湿性、毒性。

ZnO、Cr 2 O 3 、CaO 2 、TiO 2 和MnO 2 复合活性剂使AZ31B镁合金焊接的焊缝熔深达到常规TIG焊的350%左右,焊接接头的抗拉强度约为母材的91%。复合型活性剂的加入减少了接头脆性相Al 12 Mg 17 的生成。焊缝晶粒与涂覆单一活性剂TiO 2 相比明显细化,接头组织中树枝状晶粒数量大大减少,粒状共晶组织数量增加。这可能是由于复合型活性剂中各种氧化物的金属元素原子大小不一,阻碍晶核生长和增加形核率所致。

MnCl 2 、CaCl 2 、MnO 2 、ZnO组成的复合型活性剂,得到的焊缝熔深增加2~3倍,且有效控制了焊接变形,提高了焊接接头强度。

TiO 2 、Cr 2 O 3 、MgO、MnO 2 和CaO组成的复合形活性剂,焊缝成形良好,减小了焊接接头的变形,接头质量较高,强度可达母材的95%以上,比涂覆单一活性剂提高了60.7%以上。

2.3.2 MIG焊

1.焊接参数

镁合金熔化极氩弧焊MIG焊的熔滴过渡形式有三种:短路过渡、颗粒过渡和射流过渡。过渡形式受到焊丝直径、焊接电流及送丝速度的影响。但是,常规MIG焊无法实现熔滴稳定过渡,焊接过程中有大量飞溅,这是波形单一导致的。重新对波形进行设计,实现了触发短路电弧与脉冲的叠加,飞溅得到有效控制,使用该方法获得的3.2mm厚镁合金接头强度达到母材的80%。表2-13给出了镁合金MIG焊典型的焊接参数。

表2-13 镁合金MIG焊典型的焊接参数

(续)

注:焊接速度60~66cm/min。

① 不留根部间隙。

② 根部间隙2.2mm。

③ 除厚度为5mm时要采用脉冲电压52V外,其他厚度时脉冲电压为55V。

④ 钝边1.6mm,不留根部间隙。

⑤ 也可用于母材厚度相同的角焊缝。

⑥ 钝边3.2mm,不留根部间隙。

2.镁合金MIG焊熔滴过渡特点

熔滴过渡直接决定焊缝熔深、焊道的几何形状及表面成形。熔滴过渡是保证焊接过程顺利进行的先决条件。镁合金在MIG焊过程中会出现各种问题,主要有以下几个原因。

1)镁的熔点、沸点相近(熔点650℃、沸点1090℃),且蒸气压比铝的蒸气压高三个数量级,容易造成熔滴的瞬间爆炸与蒸发,其严重影响焊接过程的稳定性。这就要求能有效调节热输入量,而对MIG焊,热输入的精确控制在实际操作过程中却是很难实现的。

2)熔滴的脱落过程实际上是一个受力过程,重力是促进熔滴过渡的主要作用力之一。而镁合金密度低,重力较小,从而导致了熔滴长时间停留在焊丝端部,熔滴尺寸较大,轴向性差,飞溅严重。熔融状态下镁合金的表面张力小,在熔滴过渡的后半段,即熔滴体积大于半球但未脱离焊丝端头时,表面张力产生的缩颈作用小,使得熔滴过渡难度增大。

3)镁合金焊丝质软,塑性较差,影响熔滴过渡的稳定性。镁合金焊丝在成形的过程中存在较大的困难,因此国内市场上小直径的焊丝较少,这在一定程度上限制了镁合金的焊接。同时,由于技术原因,国内生产的镁合金焊丝在直径上的偏差太大,而焊丝直径在很大程度上影响熔滴过渡的方式,从而限制了镁合金MIG焊的实际应用与研究。

2.3.3 冷金属过渡焊

冷金属过渡(coldmetal transfer,CMT)焊接是对MIG焊接的改良。这种焊接技术始于1999年,当时的福尼斯(Fronius)公司将1997年问世的无飞溅引弧(SFI)技术用于焊接。21世纪初,福尼斯公司于2010年开发出了用于CMT焊接技术的电源,形成了交流CMT及交流CMT+P技术。

CMT技术的基础是短路过渡。短路过渡的机制是熔滴形成→与熔池接触→焊丝爆断→熔滴金属过渡、飞溅。但是交流CMT技术则是:熔滴形成→与熔池接触→切断电流,使得熔滴在无电流状态下,只是借助于焊丝的运动,实现了“冷过渡”,避免了飞溅。CMT焊机的输出特性如图2-1所示,其过渡过程为电弧加热→熔滴短路→焊丝回抽→电弧重燃+送丝。由于熔滴过渡时,无电流加热,实现了冷过渡,没有了飞溅,降低了热输入。图2-2所示为CMT焊接过程示意图。这种方法还可以与激光形成复合热源,使得电弧更加稳定,熔深增加。CMT焊接具有成本低、热输入低、飞溅小、质量高、可以焊接薄板等特点。

图2-1 CMT焊机的输出特性

图2-2 CMT焊接过程示意图

2.3.4 电子束焊

电子束焊是将能量密度极高的电子束动能转化为热能,使焊件加热和熔化而实现焊接。这种方法具有热输入低、能量密度高、焊件变形小以及焊接速度快等各种优点。

焊接速度对纯镁板焊接接头组织和性能的影响不大,其接头的抗拉强度和冲击韧度值接近于母材。

焊接速度对镁合金,如AZ31镁合金的组织和性能的影响较大。焊接速度为350mm/min时,接头的强度及断后伸长率出现最大值,强度为母材强度的95%以上,断后伸长率约为母材断后伸长率的20%。

对AZ61镁合金进行电子束焊焊接接头微观组织和硬度分布的研究表明,焊缝金属为细小晶粒,较母材等轴晶粒细化20倍左右,且有白色粒状β相分散于焊缝区晶界处,较母材沿晶界分布的β相变小,且形貌发生改变,焊缝中相结构主要为α-Mg和Al 12 Mg 17 ,焊缝的硬度约为75HV,而母材与热影响区硬度略小,拉伸后试样断口均为韧窝形貌。

1.真空电子束焊

真空电子束焊的焊接过程在真空状态下,焊接速度可以很高,输入能量比常规焊接方法小,因此热影响区小,接头性能好。用电子束焊焊接镁合金时,在电子束下镁蒸气立即产生,熔化的金属流入所产生的空穴中。由于镁金属蒸气压高,因而容易产生气孔,焊缝根部也会产生气孔。因此,必须密切控制操作工艺以防止气孔和过热。电子束的圆形摆动或采用稍微散焦的电子束,都有利于获得优质焊缝。

镁合金的电子束焊的主要问题是气孔,特别是焊缝根部的气孔。铸造镁合金比变形镁合金更容易产生气孔,这是因为铸件含气量较高,铸件还容易形成缩孔,铸件焊补时就容易产生气孔。由于镁的蒸气压较高,因此,容易产生气孔。如果合金中Zn含量较高(质量分数大于1%),由于它的蒸气压更高,更容易产生气孔。镁合金焊缝中的气孔主要是氢气孔,这是因为焊接镁合金时的保护比较好,其他气体不容易进入焊接区。由于电子束焊的熔深很大,而且冷却速度很快,焊缝金属中的气体不容易逸出而在根部形成气孔。

为了避免铸件补焊时产生气孔,首先改进铸造工艺,以减少含气量,并加强焊件清理;其次是降低焊接速度,必要时,对焊缝根部进行电子束重熔。

2.非真空电子束焊

由于镁的蒸气压较高,真空电子束焊时,镁的蒸发对真空的污染很大。研究表明,镁合金可以采用非真空电子束焊方法进行,镁合金在非真空条件下更易获得较好的焊接接头,且耐疲劳性能较好。

进行加丝电子束焊可以得到无缩孔、气孔的接头,其力学性能接近母材,而耐蚀性和疲劳性能还高于母材。

3.镁合金电子束焊缺陷

由于镁合金的物理特性比较特殊,容易出现焊接缺陷,如凹陷、下塌、气孔等。这些缺陷的存在,容易影响焊接质量,降低焊件的连接效果。

对10mm AZ31镁合金板进行真空电子束焊,发现焊缝正面形貌美观,但背部出现间断性凹陷,原因如下。

1)镁熔化后表面张力降低,使得根部液态金属出现下塌。

2)镁沸点较低,焊接时极易汽化,背面蒸气会对液态产生很大影响,出现凹陷。

3)电子束焊速度极快,短时间内气体汇聚到焊缝根部,出现气孔,且焊缝受到多种元素的蒸发烧损,形成了混合断裂形貌。

2.3.5 激光焊

1.传统激光焊

激光焊是利用高能量的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法,具有高能量密度、高焊接速度、无须真空条件、小变形、深穿透、高效率、高精度及适应性强等优点,在航空航天、汽车制造、轻工电子等领域得到广泛应用。

气孔、裂纹是AZ31镁合金CO 2 激光焊接头中存在的主要缺陷。另外,在有些情况下还容易产生夹渣、未熔合和未焊透、咬边、下塌等缺陷;但只要焊接过程中焊接参数选择合适,并采用有效的焊前、焊后处理措施,这些缺陷是可以避免或减少的。

激光脉冲宽度是影响焊接接头性能的主要因素。通过控制激光脉冲宽度可以获得高质量的镁合金焊接接头。对组织进行观察发现,母材为粗大的等轴晶;焊接接头组织致密,晶粒细小;焊缝由细小的等轴晶组成,是因为激光焊冷却速度快使晶粒细化;热影响区没有晶粒长大现象,因为在焊接过程中激光能量高度集中,镁合金热导率高,致使焊接接头处的温度梯度很大限制了晶粒长大。镁合金激光焊接头热影响区(HAZ)、焊缝区(WZ)中的硬度与母材(BMZ)差别不大,其原因主要是焊缝中晶粒的细化,提高了强度,在熔合区由于沉淀相的析出而使硬度略有提高。

2.激光焊-电弧复合焊

镁合金激光焊可以不用填充材料,但这容易产生焊接缺陷,如合金烧损、气孔、裂纹及表面凹陷等,所以通常选用与母材成分匹配的填充金属进行激光焊。

激光焊-电弧复合焊是一种加入填充金属的激光焊工艺,即先进行自熔化焊,然后在接头表面的凹坑缺陷内放置1~2根焊丝,利用一定直径的光斑进行激光扫描,使其熔化形成补焊接头。

控制激光-电弧复合热源的能量分布状态,进行镁合金与钢铁、铝等异种金属材料的焊接,能够控制金属间化合物的形成,有利于使激光-电弧复合焊具有更广阔的发展空间。

激光-电弧复合焊是同时利用激光和电弧两个热源进行焊接,但是,它并不是两个热源简单叠加,而是存在相互作用。

图2-3所示为激光焊、激光-氩弧焊和氩弧焊堆焊焊缝的成形照片。从中可以看到,激光-氩弧焊焊接镁合金的熔深接近激光焊的4倍,而接近氩弧焊的2倍。在激光与电弧复合时,电弧被吸附到激光与材料的冲击点上,电弧被收缩,温度急剧升高,可达20000℃。电弧与周围环境的温差加大,电弧进一步收缩,电弧能量进一步集中,增大了熔深,电弧也更加稳定。

图2-3 激光焊、激光-氩弧焊和氩弧焊堆焊焊缝的成形照片

2.3.6 搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊(FSW)是英国焊接研究所1991年针对焊接性差的铝合金和镁合金等轻质有色金属开发的一种新型固态连接技术。它具有无裂纹、气孔、夹渣、焊接变形小等焊接特点,被誉为“继激光焊后又一次革命性的焊接技术”,受到广泛的重视。利用FSW焊接AZ31镁合金可以得到表面光滑、没有裂纹、气孔、飞边的接头,背部成形良好。由于动态再结晶的作用,搅拌摩擦区由很细的等轴晶组成,平均显微硬度要高于母材。接头最大抗拉强度能够达到母材的93%。

1.搅拌摩擦焊原理

搅拌摩擦焊是通过搅拌头的强烈搅拌作用,使被加工材料发生剧烈塑性变形、混合、破碎,实现微观结构的致密化、均匀化和细化。加工过程中高速旋转的搅拌针伸进材料内部进行摩擦和搅拌,其旋转产生的剪切摩擦热将搅拌针周围的金属变软进而热塑化,使加工部位的材料产生剧烈塑性流变。搅拌摩擦焊原理如图2-4所示。它是利用非耗损的较硬的搅拌头,旋转着压入焊件的接头部,搅拌头与焊件的摩擦使得搅拌头附近材料的温度升高,塑性化。搅拌头沿着焊件的接头部向前移动时,在搅拌头高速摩擦以及挤压下,塑性化材料从搅拌头前部向后部移动。在热-机械的联合作用下,冷却之中发生再结晶,而形成致密的焊接接头,如图2-5所示。

2.搅拌摩擦焊技术特点

搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术,具有普通熔化焊所不具有的特点。

图2-4 搅拌摩擦焊原理

图2-5 AM60B搅拌摩擦焊接头照片

(1)搅拌摩擦焊的优点

1)焊接温度低,焊后应力和变形小。搅拌摩擦焊焊接温度较低,热影响区小,焊接后焊件的残余应力和变形量都比传统熔化焊小很多。

2)焊接接头的力学性能好(包括疲劳、拉伸、弯曲),焊缝表面平整,无焊缝凸起,不变形,接头不产生类似熔化焊接头的铸造组织缺陷,没有裂纹、气孔、夹渣等熔化焊常见的焊接缺陷,并且其组织由于塑性流动而细化。

3)适用范围广,可以焊接多种材料,能够进行全位置的焊接。由于搅拌摩擦焊可以减少熔化焊过程常见的多种缺陷,因此可以焊接对热比较敏感的材料,如镁和铝等;可以实现不同材料的连接,如铝和银的连接;可以取代传统的氩弧焊,实现铝、铜、镁、锌、铅等材料的对接、搭接、T形等多种接头形式的焊接,甚至可以焊接厚度变化的结构和多层材料;另外这种焊接方法特别适合于高强铝合金、铝锂合金、钛合金等宇航材料的焊接。

4)焊接适应性好,效率高,成本低。搅拌摩擦焊具有适合于自动化和机器人操作的优点。焊前及焊后处理简单。焊接过程中不需要保护气体、填充材料。焊接过程中无烟尘、辐射、飞溅、噪声及弧光等有害物质产生,是一种环保型工艺方法。

(2)搅拌摩擦焊的不足

1)焊接时需要夹具和垫板,防止焊件移动和被焊穿。不同形式的接头类型需要不同的工装夹具,灵活性较差。

2)由于其利用摩擦生热进行焊接,速度上受到限制,比一些熔化焊方法焊接速度低。

3)“匙孔”问题。焊接结束后搅拌针所处的位置会留下一个小孔,称为“匙孔”。解决这个问题,可以通过增加引出板,焊后切除;或是在“匙孔”处用其他材料填满,也可以用其他焊接方法填满。还有一种方法就是设计长度可调整的搅拌头,这样不仅可以解决“匙孔”问题,还可以实现变厚度材料的焊接。

3.搅拌摩擦焊接头的分区

搅拌摩擦焊接头的分区如图2-6所示。 D 为焊核区,是受到剧烈搅拌的金属混合的区域,相当于焊缝; C 为热机影响区,其靠近焊核区,受到搅拌头搅拌而发生塑性变形的区域,但是它并没有脱离母材; B 为热影响区,它没有受到搅拌头的影响,没有发生塑性变形,只是受到热的作用; A 区为没有受到影响的母材。

图2-6 搅拌摩擦焊接头的分区

4.搅拌摩擦焊接头形式

搅拌摩擦焊虽然基于摩擦焊的基本原理,但与常规摩擦焊相比,其不受轴类零件的限制,是长、直焊缝(平板对接和搭接)的理想焊接方法。搅拌摩擦焊可以进行多种接头形式的焊接,如图2-7所示。搅拌摩擦焊也适用于环形、圆形、非线性和立体焊缝。由于重力对这种固相焊接方法没有影响,搅拌摩擦焊也可以用于全位置焊接,如横焊、立焊、仰焊、环形轨道自动焊等。在实际的工业应用中,搅拌摩擦焊已成功地焊接了火箭推进器燃料箱的纵向对接焊缝和环形搭接焊缝。

图2-7 搅拌摩擦焊的接头形式

5.搅拌摩擦焊焊接参数

搅拌摩擦焊焊接参数主要有搅拌头旋转速度和焊接速度。

此外,还有搅拌摩擦点焊,搅拌摩擦胶接点焊。

2.3.7 电阻点焊

1.电阻点焊概述

电阻点焊也是镁合金常用的焊接方法之一。焊前须对焊接表面进行清理,除掉氧化物。电阻点焊时,镁合金焊件和铜电极之间易生成金属间化合物而发生黏附现象,影响焊接质量,所以镁合金电阻点焊时要加强电极冷却,且电极和焊件之间的电阻要分布均匀。镁合金点焊时焊件容易产生较大变形,应采用小热输入。

镁合金电阻点焊有产生液化裂纹的可能。液化裂纹主要是由低熔点液化膜及冷却过程中产生的拉应力所致。它可以延伸到接头的表面。断裂形式主要有纽扣断裂及结合面断裂。

2.镁合金的电阻点焊工艺

可以对0.5~3.3mm厚度的镁合金很好地进行各种电阻点焊。表2-14给出了镁合金电阻点焊时适用的焊点距离和端口距离。在不同厚度或者不同合金的焊接中,这种接头应当根据强度较低的合金或者厚度较薄合金的厚度来设计,厚度差不应超过2.5:1。在点焊异种金属时,可以采用较小半径电极及更高热输入的合金来补偿热导率和电导率之差。表2-15~表2-18给出了各种不同条件下镁合金点焊的焊接参数。

表2-14 镁合金电阻点焊适用的焊点距离和端口距离

①若厚度不等则为较薄部分的厚度。

镁合金点焊前后都需要仔细清理。焊前清理自不必说,焊后清理主要是清理铜电极可能带来的铜污染,因为铜污染可能损害接头的耐蚀性。可以用10%的醋酸溶液擦洗表面。如果有暗点,需要用机械去除。

表2-15 用三相变频机电阻点焊AZ31A镁合金的焊接参数

① 两焊件相同厚度。

② 两头球形工作面电极。

③ 周波数60Hz。

表2-16 用单相交流机电阻点焊镁合金的焊接参数

① 两焊件厚度相等。

② 两头球形工作面电极。

③ 周波数60Hz。

表2-17 用电容储能电阻点焊AZ31B镁合金的焊接参数

① 两焊件厚度相等。

② 两头球形工作面电极。

表2-18 用直流整流机电阻点焊AZ31B镁合金的焊接参数

① 两焊件厚度相同。

② 两头球形工作面电极。

③ 周波数60Hz。

镁合金的电阻点焊生产率高、操作灵活性好,但也存在许多局限性,主要表现在以下几方面。

1)焊接过程需要提供大电流,能耗大。

2)焊件表面氧化膜造成电极寿命明显缩短。

3)由于焊接大电流的作用,焊件将产生明显热变形,焊缝中易出现缺陷,焊点质量不稳定,焊接接头质量差。

4)焊接过程中有飞溅,点焊工作环境差。

5)点焊的搭接接头不仅增加了构件的重量,且因在两板间焊核周围形成夹角,致使接头的抗拉强度和疲劳强度较低。

因此,研究开发新的点焊连接技术替代传统的电阻点焊技术,对扩大镁合金的应用,推动运载工具轻量化发展以及提高航空、航天运载能力具有十分重要的意义。

2.3.8 镁合金的钎焊

镁合金钎焊技术的研究始于二十世纪六七十年代,其中火焰钎焊、炉中钎焊均适用于镁合金的连接。到目前为止,镁合金钎焊的发展仍然比较慢,新型钎料与母材的润湿依然是制约镁合金钎焊技术发展的瓶颈。随着轻金属在航空航天等领域的应用,镁合金钎焊又成为研究热点。镁合金在钎焊过程中容易被氧化,阻碍钎料铺展,因此在钎焊过程中通常采用氩气进行保护。

镁合金钎焊时采用炉中高频感应加热,并根据镁合金特点,制作特殊感应线圈以及气体保护装置,获得了较好的效果。

在氩气保护筒式电阻炉中钎焊AZ31B镁合金,利用自动控温仪进行温度精确控制,获得了较好的钎焊接头。

在钎焊AM60B镁合金时,采用Mg65-Cu22-Ni3-Y10钎料,在500℃左右进行钎焊,得到了较好的钎焊接头,没有缺陷,仅有少量的Cu偏聚于界面。镁合金钎焊的研究应着重于镁合金钎料的研发,如晶态三元镁基、铝基及锌基钎料,通过添加稀土元素及合金调整开发具有低熔点、固液相线区间狭窄的镁合金钎料。

(1)钎料 表2-19给出了镁合金用钎料。BMg-1类似于AZ92A的成分,但是含有质量分数为0.0006%~0.0008%的铍,加入铍是为了抑制钎料熔化时的急剧氧化,因为这种钎料的钎焊温度较高,其也只适用于较高熔点镁合金的钎焊。对于熔点较低的镁合金要用AZ125A钎料,其铍含量较高,质量分数为0.0008%~0.001%。对于熔化温度更低的ZK60A,适合于应用GA432作为钎料(含有质量分数为43%Mg、55%Zn、2%Al,无Be)。

表2-19 镁合金用钎料

(2)炉中钎焊 炉中钎焊采用粉状钎料,也可以用苯、甲苯或者氯苯制成膏状。但是膏状钎料应当在175~205℃下干燥5~15min。

(3)钎焊后清理 钎焊之后必须进行清理,因为残留的钎剂对接头会产生严重的腐蚀。采用流动的热水清洗,然后浸入稀红矾钾溶液中1~2min,再在沸腾的去溶剂清洗液中浸洗2h。

2.3.9 镁合金的粘接

1.镁合金粘接的特点

1)它适用于任何形状与尺寸的任何材料(当然包括镁合金),是异种材料很好的连接方法。

2)粘接可以得到光滑的表面,这是航空动力学所希望的。

3)粘接对于要求高疲劳强度的部件最为合适,因为它没有应力集中,而且,粘接剂的弹性模量小,不会如刚性接点那样传递应力。

2.粘接前部件准备

必须彻底清理材料表面,不能有油污、杂质,要去除表面氧化物。

3.粘接接头质量

表2-20给出了适用于镁合金的粘接剂的特性。采用酚醛橡胶基树脂粘接剂粘接2.2mm冷轧镁合金板时,搭接宽度对粘接接头抗剪强度的影响,如图2-8所示。图2-9所示为温度对1.6mm镁合金粘接接头抗剪强度的影响。

表2-20 适用于镁合金的粘接剂的特性

图2-8 搭接宽度对粘接接头抗剪强度的影响

图2-9 温度对1.6mm镁合金粘接接头抗剪强度的影响 zqjJZR9AJGeLJgkOrpYf1edYI7n1ZSZqD0pgH0iowjwQRU+D2D7QYsWUVxANA/gM

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