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浅谈镁合金的焊接工艺
作者：惠媛媛
来源：《中国新技术新产品》2011年第18期
摘要：文章从现代焊接工艺技术现状出发，对镁合金的焊接技术进行分析阐述，从而为更好的进行镁合金的焊接工艺发展研究提供帮助。 关键词：镁合金；焊接工艺；趋势 中图分类号:TG441.2 文献标识码:A 一、前言
由于受到能源节约以及环境保护的巨大推动，镁合金及其焊接技术的发展比任何时期都快，从焊接方法、焊接材料到焊接设备等方面都不断有新的突破，为镁合金焊接生产向优质、高效、低成本的方向发展提供了前所未有的良好条件，并大大促进了镁合金的产业化进程。 镁合金由于其自身的物理特性，导致其焊接有很大难度，满意的焊机结果不易获得。镁合金的结晶温度区大，易于产生热裂纹；镁的沸点低，温度进一步升高后，其蒸气压比在相同温度下的铝合金要高4-5倍，因而焊接时温度一旦过高，镁会气化，产生爆炸形成飞溅；镁对氧的亲和力大，其氧化物密度较大，而容易形成夹杂；镁在接近熔化温度时，能与空气中的氮强烈化合生成脆性的镁的氮化物，显著降低接头力学性能；因此，实现镁合金优质焊接是比较困难的，在焊接时容易产生裂纹、气孔、飞溅等缺陷。但是由于工业的迫切需要，许多科学工作者做出了很大的努力，并取得了一些重要成果。 二、同种镁合金的激光焊接
激光焊接作为一种先进的连接技术，具有速度快、线能量低、焊后变形小、接头强度高等优点，得到了人们极大的关注。采用脉冲YAG激光对AZ31B变形镁合金进行对接焊，结果表明，镁合金激光焊焊缝变形小，成型美观，无裂纹等表面缺陷、背面熔透均匀。焊接接头热影响区不明显，无晶粒长大现象；焊缝区由细小的等轴晶组成，如图2所示。在本试验条件下，接头的抗拉强度可达母材的95%以上，实现了镁合金的良好连接。研究表明，激光焊接对焊接工艺参数要求严格，同时镁合金激光焊接过程中易出现裂纹、气孔、热影响区脆化和激光能量吸收率低等系列问题。
三、同种镁合金的变极性等离子弧焊
等离子弧（Plasma Arc）是一种受到约束的非自由电弧，温度和能量密度都显著高于普通电弧，是一种高效的焊接方法。采用变极性等离子弧焊接镁合金时，可以在背面无垫板的情况下实现对接接头的连接，具有熔深大、焊前准备少、焊接质量高、工件变形小及焊道数目少等
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优点。图4为变极性等离子弧焊接镁合金AZ31B的接头宏观形貌，接头成形美观，背面熔透均匀。焊接接头没有明显的热影响区，焊缝组织均匀，晶粒细小，如图5所示；经测试焊接接头拉伸强度达到母材的95%以上。 四、镁合金与钢异种金属的焊接
镁合金应用的主要推动力是在汽车工业中的应用，而钢材是汽车中应用最为广泛的材料之一。因此，把镁合金与钢有效的连接起来，能进一步拓宽镁合金的应用领域，并且能够有效的解决汽车轻量化等问题。
镁、钢异种金属连接存在很多问题。镁和钢熔点差异大，使其很难在熔焊过程中同时达到熔融态。其晶格类型也不同，在液态下极难互溶，并且镁和钢不发生任何化学反应。因此，需要采用加过渡金属的方法进行镁合金与钢的连接。
采用激光-电弧复合热源的焊接方法、选择合适的过渡金属可实现镁、钢异种金属的有效连接。焊缝表面成型良好。激光-TIG复合热源焊接过程中，位于上层的镁板在激光束和TIG电弧的共同作用下熔化，位于下层的钢板只在激光束作用下熔化。上层镁合金板焊缝呈典型的TIG焊焊缝特点，下层钢板焊缝呈典型的激光焊焊缝特点。对焊接接头进行拉伸测试得到的力学性能为剪切强度为170MPa。 五、镁合金焊接技术的应用及展望
随着国内外对能源消耗、环境保护的要求的日益提高，镁合金作为一种新型的结构材料，在汽车等交通领域蕴藏着巨大的应用潜力。目前，欧洲和美国汽车每辆汽车使用镁合金零件5.8-23.6kg，我国汽车单车用量不到10kg，其中镁合金焊接技术是实现镁合金汽车零部件大量应用的主要关键技术难题。通过多方面的技术攻关，我国已经解决了镁合金与镁合金的连接问题，已经开发出了镁合金自行车焊接结构件、摩托车焊接结构件，并通过了台架试验和道路试验，达到了出口标准要求，其中采用焊接技术生产的镁合金自行车已经出口到欧盟国家，取得了显著的经济和社会效益。
中国汽车产量的结构调整的方向是轿车占汽车总量的比重增加，低排放、低污染、节能的绿色环保汽车替代非环保汽车，近几年加大了电动汽车的研发力度，镁合金座椅骨架，油门踏板等在国产汽车领域将得到广泛应用。随着复杂结构镁合金车辆结构件及相关镁合金产品的设计和开发，将对镁合金焊接技术提出日益广泛的需求。 六、结论
镁合金这种新型结构材料的发展和应用，对焊接技术提出了极大的挑战，同时也为焊接提供了更广阔的应用天地。镁合金的焊接尚有许多技术难题等待我们去研究解决，从而为镁合金的实际应用与镁合金结构件的设计制造奠定坚实的技术基础。以上介绍的若干技术进展，必将大大推动镁合金产品的焊接技术水平，促进镁合金复杂结构件在工业生产中的应用。
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参考文献
[1]王艳霞著.电气焊工作手册[M].化学工业出版社,2008,05. [2]高忠民著.实用电焊技术[M].金盾出版社,2003.
[3]赵岩著.焊接结构生产与实例[M].化学工业出版社,2008,07.