[发明专利]一种有效改善Mg-Al系镁合金焊接组织的焊丝

说明书

本发明涉及一种有效改善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。

技术领域

本发明属于镁合金焊接技术领域，具体涉及一种有效改善Mg-Al系镁合金焊接组织的焊丝。

背景技术

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。