镁合金的激光焊接技术研究进展
镁合金焊接技术的研究现状与进展
镁合金焊接技术的研究现状与进展班级：05183 姓名：王新川学号：23焦作大学机电机电工程系邮编：454003摘要：镁合金在航空航天、汽车、电子等领域具有广阔的应用前景，焊接技术已经成为制约其应用的技术关键。
分析了镁合金焊接的主要问题，介绍了镁合金焊接的研究现状，综述了镁合金钨极惰性气体保护焊、熔化极惰性气体保护焊、搅拌摩擦焊、惯性摩擦焊、激光焊、电子柬焊和电阻点焊的特点，并对镁合金焊接研究及应用进行了展望。
关键词：镁合金TIG MIG FSW 惯性摩擦焊激光焊电子柬焊点焊引言：近年来，汽车设计者和生产商为了降低对环境的污染，在提高燃料的利用率和减少C0 的排放量方面开展了大量的研究，如寻找新的无污染燃料、改变汽车发动机的性能和减轻汽车质量等，其中减轻汽车的质量是最有效的一种方法。
例如，2000年生产的奔驰CL汽车采用外面铝合金，内侧镁合金的车门，质量比原来减少34 。
意大利生产的第2代镁轮毂仅5．4 kg，比铝轮毂7．4 kg 减少28 9／6。
对于一辆中等大小的汽车，其质量减轻10 ，它的燃油量就可以减少6 ～8 [1 ]。
因此，镁合金以其低密度和高比强度、高比刚度和可再回收利用等优点成为人们关注的焦点[3’43。
目前，在各类汽车中已不同程度地选用了镁合金，有关专家预计，每辆汽车中镁合金的质量将增加到40～80kg[5]。
由于镁合金的焊接性能不好，很难实现可靠连接，镁合金结构件以及镁合金与其它材料结构件之间的连接，成为制约镁合金应用的技术瓶颈和急待解决的关键技术1 镁合金的特点1)密度小镁的密度大约是铝的2／3，是铁的1／4。
它是最轻的实用金属。
2)高比强度、高比刚度镁合金的密度虽然比塑料高，但是，单位质量的强度和弹性率比塑料高，在保持同等强度的情况下，镁合金的零部件比塑料还薄，质量也轻。
另外，由于镁合金的比强度比铝合金和铁高，在不减少零部件强度的前提下，镁合金要比铝或铁零部件的质量轻很多3)传热性好、导电性强镁合金的传热系数比铝小，比钢大，比塑料高出数十倍，电导率大于铝和钢。
镁合金激光焊接技术的研究现状与发展
光功率为１８００Ｗ，焊接速度为８００ｍｍ／ｍｉｎ，送丝速度为 ６００ｍｍ／ｍｉｎ。结果表明，所有焊缝表面光滑，连续均匀，反面 成形美观，均实现了单面焊双面成形。
激光复合热源焊接始于２０世纪７０年代末期，它是高能 激光束与电弧共同作用下的焊接，激光与电弧相可＝作用町以 克服啦用激光或电弧焊方法自身的不足，对提高焊缝质量有
文献标识码：Ａ
文章编号：０２５３一扔∞（加咀）惦一００１１—０２
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
ａｌｌｏｙｓ
ＧＵＯ Ｙｏｎｇ—ｑｉａｒＩｇ。ＩＳＵＮ Ｒｏｎｇ—ｈ１’２
ｒ １．￥ｃ．ｈｏｎｌ ｏｆ Ｍｅｃｈｎｎｉｃ蝴ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｔｉａｎｊｉｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉ锄ｊｉｎ ３００１６０，Ｏｆｉｎａ；、
４镁合金激光焊接的主要缺陷及预防措施
４．１焊缝气孔的产生及预防措施 镁合金激光焊接的最主要缺陷是气孔Ⅲ一１６］，特别是焊接压
铸镁合金时产生气孑Ｌ的倾向较大。激光焊接接头产生氢气孔的 主妥原因是高温时氧住镁中的溶解度很高，镁熔液可以吸收大 量的氢。在焊后的冷却过程中，随着温度的降低，氢在熔池中的 溶解度急剧下降，导致氢大餐析出，并且镁的密度小，析出的气 体不易逸出，因而容易在焊缝中形成气孔。
状呈典犁的“手指”状，这是由于激光束能馈密度高、焊接过 程中热输入小和对材料的加热比较集中造成的
２镁合金激光焊接接头组织
Ｍ．Ｂｏｂｂｙ Ｋａｎｎａｎ等【１们对ＡＺ３１镁合金激光焊接接头微观 组织分析表明，焊缝的晶粒比母材的晶粒要小得多，由于熔
合边界处具有相对较大的热梯度，形成ｒｒ多齿状的晶粒。 ＥＤＸ分析表明，焊缝中含有ｍ元素，且存在№一Ａｌ—Ｍ１１和
镁合金激光焊的研究现状及发展趋势_全亚杰
激光与光电子学进展４９，０５０００１（２０１２）Ｌａｓｅｒ ＆Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ○Ｃ２０１２《中国激光》杂志社镁合金激光焊的研究现状及发展趋势全亚杰（湖南大学材料科学与工程学院，湖南长沙４１００８２）摘要 镁合金具有质轻、环保等特性，被誉为２１世纪绿色工程材料，在汽车、摩托车、航天航空等领域有着广泛的应用前景，但焊接问题已经成为制约其应用的关键。
和其他熔焊方法相比，激光焊具有焊缝熔深大、接头性能优良等特点，是镁合金焊接的理想方法之一。
目前，两类典型的工业激光器，即ＣＯ２和Ｎｄ…ＹＡＧ激光器都已用于镁合金焊接的研究。
系统分析了镁合金激光焊的工艺方法、焊接材料、接头性能（主要为力学性能与腐蚀性能）以及冶金缺陷（主要有气孔和裂纹），综述了近年来国内外镁合金激光焊接的研究现状，并对镁合金激光焊研究及应用的发展趋势进行了展望。
关键词 激光技术；焊接；镁合金中图分类号 ＴＧ４５６．７ 文献标识码 Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＬＯＰ４９．０５０００１Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆＭａｇｎｅｓｉｕｍ ＡｌｌｏｙＱｕａｎ Ｙａｊｉｅ（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ４１００８２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｏｗ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｒｅｃｙｃｌｅ，ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ａｒｅ ｐｒａｉｓｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ ａ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ，ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅ，ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａｎｄｏｔｈｅｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｋｅｙ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｏｎ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｗｉｌｌ ｂｅ ａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｊｏｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅｉｒ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ｆｕｓｉｏｎｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｄｅａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｓｕｃｈａｓ ｄｅｅｐ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｅｌｄｓ ａｎｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｊｏｉｎｔｓ．Ｔｏ ｄａｔｅ，ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｌａｓｅｒｓ，ｉ．ｅ．，ＣＯ２ａｎｄ Ｎｄ…ＹＡＧ ｌａｓｅｒｓ，ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｗｅｌｄａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｍｅｔｈｏｄｓ，ｗｅｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｊｏｉｎｔ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ（ｍａｉｎｌｙ ｆｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）ａｎｄｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｄｅｆｅｃｔｓ（ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｃｒａｃｋｉｎｇ）ｏｆ ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｉｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌａｓｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｗｅｌｄｉｎｇ；ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙＯＣＩＳ ｃｏｄｅｓ １４０．３３９０；１６０．３９００；３５０．３８５０１ 引 言镁及镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼性和导热性优良、导电性强、电磁屏蔽性好等特点，被广泛应用于冶金、建材、航空航天、化工、电子等领域。
镁合金焊接工艺的研究与应用
镁合金焊接工艺的研究与应用近年来，随着节能环保的逐步普及，镁合金作为一种轻质高强度材料出现在了人们的视野中。
由于其具有密度低、强度高、刚性好等优点，广泛应用于汽车、航空航天、电子等领域。
但镁合金在生产过程中存在着焊接难度大、对环境要求高等问题，难以达到工业化生产的要求。
因此，镁合金焊接工艺的研究和应用显得尤为重要。
一、镁合金焊接难点镁合金的焊接难点主要有两个方面：一是镁合金本身的化学性质，另一个是镁合金的特殊物理结构。
首先，镁合金的化学性能极为活泼，容易被氧化。
焊接时，容易生成氧化镁等金属氧化物，导致焊缝的质量下降。
其次，镁合金的物理结构特殊，熔点低、导热性高、热膨胀系数小等复杂因素使得焊接过程更加复杂。
二、镁合金焊接工艺的研究为了解决焊接难点，学者们进行了大量实验和探索，利用不同的焊接工艺对镁合金进行焊接。
1. 惰性气体保护焊（TIG）惰性气体保护焊是一种通用的焊接方法，能够焊接多种金属。
通过加热的方式将工件表面熔化，再将焊条或者焊丝送入焊缝中，最后通过冷却使工件固定住。
这种焊接的优点是可以获得高质量的焊接缝，具有良好的强度和密封性。
2. 激光焊接激光焊接是一种高能量、高速度、高温度的焊接方法。
它的优点是焊接速度快，温度高度集中，焊缝精细，可以实现无接触焊接，适用于涉及到较小的、高精度的焊接缝。
3. 熔覆焊熔覆焊是一种将细粉末或丝状金属材料熔化，并喷射到工件的表面来形成焊层的方法。
它的优点是可以通过控制不同金属的喷射速率和温度来实现最终材料的性能。
同时，还可以利用熔覆焊技术来修复镁合金件的损伤或缺陷部位。
三、镁合金焊接应用现状目前，随着焊接技术的不断成熟和发展，镁合金焊接工艺已经得到了广泛的应用。
主要包括以下几个方面：1. 汽车工业由于镁合金的密度低、强度高，可以用来改善汽车的性能和降低油耗。
而汽车制造中又涉及到许多焊接需求，因此镁合金的焊接工艺对汽车制造业尤为关键。
2. 航空航天工业在航空航天工业中，要求零件材料具有轻质、高强度、刚性好等特点，镁合金可以满足这一需求。
镁合金材料激光表面改性技术的研究进展
镁合金具有优异的特性，因而在很多 领域得到了应用，但其不耐磨及不耐腐蚀限制了镁合金的应用。
通过对镁合金材料 进行激光表面改性处理，进而提高镁合金 的耐腐蚀、耐磨等性能。
本文对激光表面 改性技术（激光表面重熔、激光表面合金 化、激光表面熔敷）进行了分析，并展望了激光表面改性技术的应用前景。
1前言镁合金具有质量轻、密度低（大约1.8g /m O、比强度高、良好的导热性等优异的特性，在汽车和航空航天、电子等领域中 广泛的应用。
但镁合金具有较低的腐蚀电位 (E =-2.3?V )，很容易氧化和发生电化学 腐蚀，膜的防护腦。
再者合金中杂质元素会对其造成严重的腐蚀。
而采用激 光表面改性技术是解决镁合金腐蚀问题的一 种錢胤利用激絲面改性财可以在 基体表面形成一定厚度的处理定程度 上提高材料的耐腐蚀性、耐雜和氧化性而m易于实现自动化，將优点。
2镁合金激光表面改性涂层处理技术2.1漱光表面重熔激光表面重熔是在不加其它元素的基 础上利用激光将一雜度的表层融化，之后 借助基体自身的冷却和传热过程使溶池快速 凝固，进猶善材料表面组织性能，提高材 料表麵雜和耐腐蚀性。
通遞絲面重 溶得到的硬化层组织较细，偏析减少、有非 平衡相生成等。
J 6 zef Iwaszko *⑴用 5.5 kW 的 cw -(：02激舰泣91齡鎌行表面魏所用 激^3描速率为33.3 imn /s ~53.3 mm /s ,激光直径为23 mm ，焦距为250 mm ,重熔过程中采用氩皱行脱廻后检测发现挪 区的綱和臟有显著的变化，難区的晶 粒明显变小，表层硬度要比没处理的高，并 且增加激光能童与插速度时材_度在降 低。
M .Strzeleck ^pl 用氩弧焊，氣气纯度为99.995%对AZ 91镁合■行表面重熔。
财实验发现重培区镁合金的硬度从基体的平均 硬度58HV 0.05提高到93HV 0.05;摩擦系数 从0.375下降到0.335;腐蚀电流密度从29pA /cm *T 降到到4.9jxA /cm 2。
镁合金焊接技术研究现状及发展趋势
由于镁合 金具 有低 熔 点 、 低 热 率 、 较 大 的热 膨胀
系数 、 较 小 的密 度 ， 易 氧化 且 氧 化 物 熔 点 较 高 等 特 点 ，
制、 焊 接材 料 生产技 术 等 尚不 成 熟 ， 因此深 入 开 展镁 合
金 焊 接技 术 的研 究 是 拓 展 镁 合 金 材 料 应 用 的 有 效 途 径 。文 中主要 对镁 合 金焊 接技 术 研 究 现状 及 发 展 趋 势
言
本 降低 、 质量 提高 ， 这些 进 步促进 了镁 合金 的应 用 。 最近 ， 《自然 》 杂 志上就 刊登 了一 种 改 良镁 合 金 ， 其
强度、 刚度 、 延展 性 和耐腐 蚀 性 较 常规 镁 合金 有 大 幅提
镁合 金是 金 属 结 构 材 料 中最 轻 的 一 种 ， 具 有 密度
进行 阐述 。 １ 镁 合金 的现 状及 发展 趋 势
使镁 合金 的焊 接难 度 系数 增 加 ， 主要 表现 在 气孔 、 过 热
组织、 热裂纹 、 蒸 发与烧 损 、 夹渣 和燃 烧等 几个 方 面 。
２ ． １ 气 孔
镁 合金 的焊 接过 程 中 ， 气孔 是 最 主要 的缺 陷 之 一 。 水 分子 在焊 接 过 程 中分 解 产 生 大 量 的氢 ， 氢 在 镁 合 金
重 要 的意义 。
拉 拔挤 压成 型 、 热处 理 、 水淬、 冷 轧 等 工 序 制 备 出 了高
性 能镁 合金 。 ２ 镁 合金 的焊 接特点
目前 ， 镁合 金 的加工 技 术 主要 以铸 造 为 主 ， 而其 焊
接 技术 发展 相 对缓慢 ， 包 括 焊 接 冶金 原 理 、 焊 接 工艺 控
小、 比强 度 高 、 储量 丰富、 减 震性 好、 可 回 收 利 用 等 优
镁合金焊接技术的研究现状
镁合金焊接技术的研究现状镁合金是一种优质轻金属材料，具有优异的力学性能和热导率，因此被广泛应用于航空航天、汽车制造和电子设备等领域。
焊接是将镁合金连接在一起的常用方法之一。
然而，由于镁合金的高熔点和易氧化性，镁合金焊接技术一直是一个具有挑战性的问题。
本文将介绍镁合金焊接技术的研究现状，并探讨一些解决方案。
镁合金焊接技术主要包括传统焊接方法和先进焊接方法两种。
传统焊接方法主要包括气体保护焊、电弧焊和激光焊。
气体保护焊是最常用的一种焊接方法，通过在焊接过程中提供惰性气体保护，减少镁合金与氧气的接触，从而降低氧化速度。
电弧焊利用电弧产生高温熔融镁合金，再通过填充材料将两个焊接件连接在一起。
激光焊利用高能激光束将焊接部位熔化并快速冷却，实现焊接。
然而，传统焊接方法存在一些问题。
首先，气体保护焊需要使用气体保护设备，增加了成本和复杂性。
其次，电弧焊和激光焊容易引起镁合金的热裂纹和气孔等缺陷。
此外，传统焊接方法对镁合金的焊接性能有一定的局限性。
为了克服这些问题，研究人员提出了一些先进的焊接方法。
其中之一是摩擦搅拌焊（Friction Stir Welding，FSW）。
FSW是一种将工具在焊缝中旋转并施加下压力的焊接方法。
通过摩擦热和机械搅拌作用，将镁合金材料加热到可塑性状态，并在搅拌下形成均匀的焊缝。
与传统焊接方法相比，FSW具有较低的熔化温度、较小的热影响区和较高的焊接强度。
除了FSW，还有其他一些先进的焊接方法，如激光搅拌焊（Laser Stir Welding，LSW）、磁脉冲焊（Magnetic Pulse Welding，MPW）和激光扫描焊（Laser Scanning Welding，LSW）。
LSW利用激光束进行加热和搅拌，实现高效的焊接。
MPW利用磁脉冲产生的高速冲击波将两个焊接件连接在一起。
LSW利用激光束进行扫描焊接，实现高精度的焊接。
除了焊接方法的改进，材料配方也是提高镁合金焊接性能的关键。
AZ31B镁合金激光焊接接头组织和性能的研究
图１ １ Ｄ Ｌ － Ｈ Ｌ － Ｔ ５ ０ ０ ０激 光 焊机
２ ． ２ 试验 材料
试 验 材料 采 用 Ａ Ｚ ３ １ Ｂ变形 镁 合 金板 材 （ ９ ０ ｍｍ ×４ ０ ｍｍ ×４ ｍ ｍ） ， 其抗拉强度为 ２ ５ ５ ＭＰ ａ ， 母 材 化 学成 分 如表 １ 所示 。采用 Ｃ Ｏ 激光 焊接试 件 。焊 接 前 对试 样 进 行 处 理 ， 油 污 用 丙 酮 清洗 来 去 除 ， 凉 干 后用 钢 丝刷清 理 以去 除表 面的氧化 膜层 。
［ ７ Ｊ Ｍ． Ｄ ｉ ｖ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｉ ， Ｊ ａ ｍ ｌｉ ａ ｎｄ ａ Ｓ ． Ｇ ． Ｓ ｈ ａ ｂ ｅ ｓ ｔ ａ ｒ ｉ ． Ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｓ ｔ ｉ ｒ ｐ ｓ ｓ ｉ ｚ ｅ
试验采用 Ｃ Ｏ 气保激光平板对接焊 ， 单面焊双 面成 型 。焊接 示意 图如 图 ２ 所示。
２ ． ４ 试样 的制备
作者简介 ： 孔海 旺（ １ ９ ５ ８ 一） ， 男， 汉族 ， 工程师 ， 主要从 事焊接技术 的 研究 。
对 于易 变形 、 不利 于加 工 处 理或 本 身 不易 夹 持
Ｆ ｏ ｍａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ Ｌ ｏ ｓ ｔ Ｆ ｏ ｍ ａ Ｃ ｓｔ ａ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ Ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ Ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｓ【 Ｊ ］ ．Ｊ Ｍａ ｔ ｅ ｒ
Ｓ ｃ ｉ ， ２ ０ ０ ６， ４１ ： ２ ３ ７ ３ — ２ ３ ７ ９．
孔海 旺 ， 王学锋
（ 太原 科技 大学 ， 山西 太原
摘
０ ３ ０ ０ ２ ４ ）
要： 以Ａ Ｚ ３ １ Ｂ变形镁合金 为研究对 象， 采用 Ｃ Ｏ ： 气保激光焊接技术 ， 对Ａ Ｚ ３ １ Ｂ镁 合金 激光焊接接 头的
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镁合金的激光焊接技术研究进展
摘要：镁合金是一种高性能结构材料，密度较低，强度高于刚度、导热系数
和冲击阻尼。
随着镁合金在工业生产中应用的增加，重点放在镁合金焊接工艺和
焊接研究上。
当前镁合金的主要焊接方法是:氦圆焊接、摩擦焊接、电子片焊接、激光焊接、激光圆形双焊接等。
由于镁合金本身独特的物理化学性能，如熔点和
低温、高导热系数、高热膨胀系数等。
很难用传统的熔炼方法焊接镁合金，可能
导致焊接槽和热裂纹等错误。
激光焊接与传统的氦电弧焊接方法相比，具有能量
浓度、快速加热和冷却速度、热影响范围和较小的焊缝变形。
镁合金压强的优点
显而易见，焊接质量简单。
关键词：镁合金；激光焊接技术；研究
引言
随着我国社会经济的逐步发展，目前的社会生产力水平大大提高，焊接技术
在社会生产中的广泛应用在社会发展中发挥了重要作用。
面对中国社会的迅速进步，不可再生资源紧张，需要在今后的发展进程中积极开发环保高效的技术，以
便在提高生产加工质量的基础上有效地减少能源和材料消耗。
镁合金是一种高精度、低功耗、高效的焊接材料。
以开发环保高效的焊接技术。
1镁合金传统制造工艺及难点
锻造可以得到性能优异的产品，但很难制造出具有复杂形状和复杂内部结构
的近净形状构件。
铸造存在同样的问题，且铸造过程中容易产生热裂纹、缩孔、
气眼等缺陷，熔体纯净度和晶粒尺寸难以控制。
挤压不仅具有比锻造、轧制更为
强烈的三向压应力状态，还可以有效细化晶粒，提高镁合金的强度和塑性，但是
挤压产品的组织和性能沿长度和断面存在差异，且气体带入会产生气泡或起皮等
缺陷。
可以看出，传统加工成形工艺在宏观结构设计、微观织构优化、性能精细
化调控上表现较差，抑制了镁合金的复杂化、多功能化的发展，为此有必要采用
灵活度更高的柔性加工工艺对镁合金进行加工，以突破传统加工的限制。
2镁锂合金的焊接性分析
如二进制镁合金图所示，锂在镁中的溶解度不会随温度的变化而变化。
根据镁合金溶解度与锂相的不同，可将镁合金分为三类:第一类是镁合金，一种密排六段结构镁合金单相固体(锂质量分数< 5.7%)；二是镁合金(锂质量的
5.7%≥11.5%)，作为α + β镁双相溶剂；第三类是镁-β合金的单价锂-镁合金(锂质量分数> 11.5%)。
镁合金虽然含有较多的Li元素，但仍以镁为基础，因此该镁合金的焊接工艺比其他镁合金具有更多的相似性。
例如，由于镁合金结晶温度范围较高，因此容易产生热裂纹和空穴；因为镁沸点相对较低，约1100℃，蒸汽压力较高，容易氧化，产生爆炸和爆破；并且镁与氧的亲和性较高，其氧密度较大，容易形成混合物。
此外，还应特别注意到，由于存在Li元素，表面氧化膜很有可能吸收环境中的水，而这些氧化膜中的水将被分解以提取氢，并容易在焊缝中产生氢孔；并且Li元素的化学活性很大，很容易燃烧因此镁合金比传统镁合金更难焊接。
3镁合金的激光焊接技术
3.1激光填丝焊
激光填丝焊是在激光焊接过程中添加合适的填充焊丝，可提高工件的装配间隙裕度，有效避免焊缝下凹，改善接头焊缝成形。
镁合金激光填丝焊接头的性能优于激光自熔焊接头。
对ＡＺ３１Ｂ镁合金分别进行激光焊和激光填丝焊。
结果显示，填丝焊接头焊缝区为细小的等轴树枝晶组织，在枝晶间及晶界处有少量Ｍｇ－Ａｌ－Ｚｎ化合物析出。
采用激光填丝焊有利于避免焊缝表面缺陷，有效降低焊缝气孔率。
当送丝速度与焊接速度的比值ｋ为０．３～０．４时，焊丝受热熔化形成熔滴，连续均匀、稳定地向熔池中过渡，焊缝成形良好，未出现咬边等缺陷，焊缝晶粒细化，使接头的抗拉强度提高。
对细晶粒的ＡＺ９１镁合金薄板分别进行激光焊及激光填丝焊，并对接头焊缝的液化行为进行了分析研究。
结果显示，焊缝中存在的低熔点β－Ｍｇ１７Ａｌ１２相对液化行为的影响较大。
自熔激光焊接头半熔化区的液化主要发生在含有块状和亚微米级β－Ｍｇ１７Ａｌ１２相的区域。
相较于激光自熔焊，激光填丝焊接头焊缝表面未产生下凹，接头中不存在半熔化区，熔合线附近几乎未发生液化现象。
3.2搅拌摩擦焊（FSW）
FSW作为一种固体焊接技术，由于其焊接工具特性和焊接材料的自主封闭系统，可以避免Li元素挥发和与其他气体反应等问题。
因此，对于含有低沸点Li
元素的镁合金，FSW在焊接领域的应用前景良好。
目前，一些研究人员对α +
β可溶相镁合金FSW进行了研究。
研究表明，采用FSW技术可以焊接镁和锂合金
的堆焊结构，接缝表面形成良好，焊缝没有明显的焊接缺陷。
接头的排列由
alpha和bêta组成，随着热量输入的增加，颗粒大小也会增加。
同时，随着热输
入的增加，运动类型的机械特性也有所改进。
但镁合金本身即使塑性较弱，焊接
后接头的塑性仍稍有退化，因此，接驳后的接枝处理表明镁锂合金FSW接头的塑
性有所改善，达到96%的基本材料。
3.3激光－电弧复合焊
激光弧焊是w. stein教授在70年代后期开发的一种先进高效的焊接技术。
激光电弧复合焊接利用激光和电弧焊接的优点，通过两者的相互作用和高效的材
料焊接实现了“1+1 > 2”的焊接效果，激光电弧复合焊接工艺与单激光焊接相比，提高了激光的利用率，焊接工艺稳定，焊接成型质量由于很难将填充材料添
加到激光TIG焊接工艺中，因此镁合金焊接过程中可能会出现焊接缺陷，尤其是
在焊接厚板、焊接孔等时。
激光- MIG复合焊接工艺通过添加激光-电弧协同填充
材料来防止焊接缺陷和焊接金属合金化，从而提高了该工艺的适应性。
3.4镁合金与铝合金激光胶接焊技术
镁合金和铝合金与激光焊接技术在飞机制造中的结合提高了焊接质量，主要
是因为镁合金和铝合金属于轻质合金，有机地有助于优化合金的应用性能。
但是，在实践中，这可能会影响焊接的顺利进行，因为镁合金和铝合金在焊接金属时可
能会有所不同。
激光焊接技术是焊接过程中结合激光焊接和粘接的一种新连接技术。
采用这种先进的焊接技术，您可以焊接AZ31B镁合金和6061铝合金，创建
更薄、更均匀的焊接。
添加粘合剂会影响金属接头的分布和形状，而焊接接头中
金属接头的数量相对较少，从而提高了焊接接头的焊接性能。
事实上，粘合剂主
要是有机化合物，无法消除Mg元素和Al元素之间的相互作用。
为了有效抑制
Mg-Al金属的成分，将金属元素结合成基于复合中产阶级构造的激光熔焊工艺。
该技术利用Mg和Fe之间不响应和不可溶的特性，通过有效地去除Mg-Al金属之间的连接，大大提高了焊接接头的性能。
结束语
镁合金焊接技术直接影响其作为新一代超轻型合金在空间等领域的应用深度和广度。
目前，锂镁合金的使用仍处于初期阶段，既适用于焊接所用的镁合金类型，也适用于其焊接方法，对此需要系统和深入的研究。
此外，联接性能分析，特别是疲劳等动态性能分析也需要改进。
此外，焊接过程中镁合金组织演变机制需要进一步研究和研究。
通过该系统和对镁合金焊接工艺、组织和性能的深入研究，将促进镁合金在空间等领域的广泛应用，创造更好的社会价值和经济效益。
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