镁合金焊接
镁合金焊接技术研究进展摘要：针对镁合金焊接的特点及存在的问题，介绍了镁合金钨极惰性气体保护焊、、电子束焊、激光焊、搅拌摩擦焊的焊接特点及其现在的研究状况，对镁合金焊接技术的发展进行了展望。
关键词：镁合金，焊接技术，未来展望Research progress on Welding Technology of Magnesium AlloyWu DanJiangsu University of technology 12110114Abstract: Aiming at the characteristics of magnesium alloys welding and the existing problems, the welding methods are introduced such as tungsten inert gas welding, metal inert gas welding, electron beam welding and friction stir welding. At the end, the development trend of magnesium alloy welding is viewed.Key words：magnesium alloy; welding technology; future development0前言镁合金的密度比纯镁稍高，在1.75~1.90g/cm3之间。
镁合金作为最轻的金属结构材料，具有良好的生物兼容性，优异的工艺性能和耐腐蚀性能，且具有高比强度、比刚度和优异的导热、减震、电磁屏蔽等性能，在减重和节能方面具有独特的优势，近年来开始替代铝材和钢铁，在交通工具、电子通讯、民用家电、航空航天、国防军工等领域广泛应用，是当今世界发展最快的轻合金，被誉为“21 世纪绿色工程材料”。
［1－6］镁合金作为一种结构材料，在工程实际应用上就要考虑其连接的问题，焊接是最常用的连接方法。
但应用现状还不容乐观，主要受制于如下原因：（1）镁合金塑性较差，挤压、轧制性能不好，大多数镁合金零件局限于压铸这一单一的成型方式；（2）用作结构材料时，镁合金因为其特殊的热、电性能及易氧化的特点很难突破焊接性差这一瓶颈；（3）镁合金耐蚀性能较差，尤其是传统的焊接方法引起的焊后残余应力大，应力腐蚀开裂敏感。
针对以上问题，国内外对此进行了大量探索研究，镁合金塑性加工成形及镁合金焊接成形是其研究的重点之一。
目前镁合金焊接技术已成为了一个世界性的技术问题，各国都在这一领域投入了大量的人力、财力、物力。
我国做为镁资源最丰富的国家，总储量是世界总储量的22.5%；因此，镁合金焊接研究已成为我国镁合金深加工的重要方向之一。
本文根据国内外研究现状，综述了氩弧焊焊接工艺及特点，介绍了几种先进焊接方法。
[7] 本文分析了各种焊接方法对镁合金的适用性，对国内外镁合金焊接技术的研究进行了介绍。
1镁合金的性能镁合金是一种能够满足各种行业需求、发展前景可观的轻质材料, 与铝和钢相比, 镁合金材料具有以下特点[8- 12] :1) 密度小镁的密度大约是1700kg / m3,是铝的2 /3, 是铁的1 /4。
它是最轻的实用金属。
2) 高比强度、高比刚度在不降低零部件强度的前提下, 镁合金零部件的质量比铝合金或钢的轻很多, 而且镁合金的刚度随厚度的的增加呈立方比增加, 用镁合金制造刚性好的整体构件十分有利。
3) 机械加工性能好镁合金比其它金属的切削阻力小, 若镁合金切削阻力为1, 则铝合金118, 黄铜为213, 铸铁为315; 机械加工速度快, 刀具使用寿命长。
4) 电磁屏蔽性能好镁合金的电磁波屏蔽性能比在塑料上电镀屏蔽膜的效果还好，因此，使用镁合金可省去电磁波屏蔽膜的电镀工序。
5) 传热性好、导电性强镁合金的传热和热膨胀系数较大, 弹性模量在常用金属中是最低的。
镁合金的电导率大于铝和钢，传热系数比铝小, 比塑料高出数十倍，比钢大。
6) 再生性能镁合金与塑料不同, 它可以简单地再生使用且不降低其力学性能, 由于熔点低、比热容小, 再生熔解时所消耗的能源是新材料制造耗能。
7) 抗蠕变性能好镁随着时间和温度的变化在尺寸上蠕变少。
8) 对振动、冲击的吸收性高由于镁合金对振动能量的吸收性能好, 使用在驱动和传动的部件上可减少振动。
另外, 冲击能量吸收性能好, 比铝合金具有更好的延伸率的镁合金, 受到冲击后, 能吸收冲击能量而不会产生断裂, 由冲撞而引起的凹陷小于其它金属。
2 镁合金的焊接特点因镁合金具有密度低, 熔点低, 热导率和电导率大, 热膨胀系数大, 化学活泼性很强, 易氧化, 且氧化物的熔点很高等独特的物理化学性质，使镁合金在焊接过程中会产生一系列的困难。
焊接时必须充分考虑以下镁合金的性质对焊接性能的影响[13] :1) 粗晶问题由于热导率大, 故焊接镁合金时要用大功率热源、高速焊接, 易造成焊缝和近缝区金属过热和晶粒长大, 这是焊接镁合金时的显著特点之一。
2) 氧化和蒸发由于镁的氧化性极强, 在焊接过程中易形成氧化膜( MgO ), MgO 熔点高( 2500℃ ),密度大( 312g /cm3 ), 易在焊缝中形成夹杂, 降低了焊缝性能。
在高温下, 镁还容易和空气中的氮化合生成镁的氮化物, 使接头性能变坏。
镁的沸点不高( 1100 ℃), 在电弧高温下很易蒸发。
3) 热应力镁及镁合金热膨胀系数较大, 约为铝的112倍, 在焊接过程中会易产生大的焊接变形, 引起较大的热应力。
4) 焊缝下塌因为镁的表面张力比铝小, 焊接时很容易产生焊缝金属下塌。
5) 气孔与焊铝一样, 镁合金焊接时易产生氢气孔。
氢在镁中的溶解度随温度的降低而减小,而且镁的密度比铝小, 气体不易逸出, 在焊缝凝固过程中会形成气孔。
6) 热裂纹镁合金易与其它金属形成低熔共晶体, 在焊接接头中易形成结晶裂纹。
当接头处温度过高时, 接头组织中的低熔点化合物在晶界处会熔化出现空穴, 或产生晶界氧化等, 产生所谓的/过烧现象。
此外, 焊接镁合金时应注意: 利用背衬保护熔融金属; 采用夹板保护; 需要强力排风系统排除焊接烟气; 坡口进行预处理;采用熔化焊焊接镁合金时需采用惰性气体或焊剂的保护等。
3 镁合金焊接方法几乎与镁合金材料的研究开发同时, 许多从事焊接研究工作的学者就对镁合金材料的焊接问题作了大量的研究, 焊接方法有: 钨极氩弧焊( TIG 焊) 、激光焊、电子束焊、激光- TIG 复合焊、摩擦搅拌焊、电阻点焊, 现将国内外这方面的研究工作综述如下。
3.1 镁合金的钨极惰性气体保护焊钨极气体保护焊是目前镁合金最常用的焊接方法[14]。
其基本原理是：钨极被夹持在电极夹上，从TIG焊焊枪的喷嘴中伸出一定长度。
在伸出的钨极端部与焊件之间产生电弧，对焊件进行加热。
与此同时，惰性气体进入腔体，从钨极的周围通过喷嘴喷向焊接区，以保护钨极、电弧及熔池使其免受大气的侵害。
当焊接薄板时，一般不需要添加焊丝，可以利用焊件被焊部位自身熔化形成焊缝。
当焊接厚板或带有坡口的焊件时，可以从电弧的前方把填充金属以手动或自动的方式，按一定的速度向电弧中送进。
填充金属熔化后进入熔池，与母材熔化金属一起冷却凝固形成焊缝。
图1钨极惰性气体保护焊示意图其技术特点有以下几个方面：(1)工艺简单,灵活性好,且成本较低。
镁合金TIG 设备要求简单，焊接过程灵活，可以进行手工、自动等多种焊接，尤其适合于工况复杂的焊接，可以实现单面焊、双面焊以及镁合金铸件的补焊［15］;(2)TIG 焊接镁合金，焊接接头的变形小，热影响区较窄，接头的力学性能和耐腐蚀性能较高;(3)焊接工艺性能好，明弧，易于观察电弧及熔池，焊缝成形美观;(4)TIG 在惰性气体的保护下进行，电极和电弧区及熔化金属都处在氩气保护之中，电极不熔化，电弧长度较恒定，焊接过程稳定［16］。
其工艺研究状况有：镁合金TIG 焊缝区域主要由母材、热影响区，熔核区组成［17］。
Ashina T 和Tokisue H 等研究了AZ31板材TIG焊接后的组织与力学性能，发现脉冲频率对AZ31 焊接热裂纹敏感性具有重要影响，合适的脉冲频率可以获得力学性能较高的焊接接头。
武婧亭等采用TIG 对镁合金AZ71 薄板进行焊接加工，焊后对接头进行拉伸实验和硬度测试，结果表明接头抗拉性能最好，能达到母材的89． 58%。
焊接过程中填丝对焊接性能具有重要的影响。
彭建等对AZ61 镁合金薄板采用AZ31、AZ61 两种焊丝进行TIG 焊接实验，分析了焊丝成分对焊接接头组织和性能的影响，发现采用AZ61 焊丝焊接接头力学性能更优异。
张新恩等通过直流钨极氩弧焊对AZ31 镁合金挤压板材进行了双面焊接实验，分析表明，采用AZ31 焊丝焊接接头平均抗拉强度达到了母材的86． 0%，焊接接头的断裂均位于热影响区，断口呈现韧脆混合断裂特征。
焊接电流是焊接过程中的重要工艺参数，对此张福全、周海等考察了焊接电流在30 ～ 60 A 与160～ 220 A 区间对焊接组织与力学性能的影响，发现焊接电流对接头力学性能影响较大。
对镁合金焊件进行预热同样可以提高焊接接头力学性能。
Shen 等人研究了预热对TIG 焊接AZ61镁合金接头的组织和力学性能的影响，结果表明随着预热温度的增加，在熔合区Mg17Al12 由15% 增加至66%; 在预热温度为300 ℃时，焊接接头的显微硬度和抗拉强度达到其最大值。
3.2 搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊（简称FSW）是利用一种非耗损的特殊形状的搅拌头，旋转着插入被焊零件，然后沿着被焊零件的待焊界面向前移动，通过搅拌头对材料的搅拌、摩擦，使待焊材料加热至热塑性状态，在搅拌头高速旋转的带动下，处于塑性状态的材料环绕搅拌头由前向后转移，同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压作用，在热-机联合作用下材料扩散连接形成致密的金属间固相连接。
搅拌摩擦焊的原理如图2所示图2搅拌摩擦焊原理示意图目前已实现了AZ61[18] 、AZ81A[19] 、AZ91D[20] 等镁合金的搅拌摩擦焊接。
焊接镁合金时不会产生与熔化有关的缺陷, 如气孔、裂纹等, 相反, 由于焊接过程中的快速机械搅拌作用, 塑化连接的接头有动态再结晶的过程, 焊缝宽度均匀, 表面成型美观无任何缺陷。
观察接头组织发现, 在接头处产生了一个椭圆形的搅拌区域, 该区域由具有高密度的混乱微小的再结晶颗粒组成; 焊缝中心晶粒细小, 且在靠近焊缝的上表面和下表面晶粒更加细小, 这是因为在搅拌头的作用下, 产生变形和摩擦热导致该部位金属在较低温度下发生动态再结晶过程, 从而形成细小的等轴晶粒; 热影响区晶粒较粗短, 逐渐向等轴晶、微细晶粒转变。
整个接头的综合机械性能几乎与母材完全相同, 接头抗拉强度达母材强度的90%左右, 接头韧性与母材相比降低很少。
镁合金焊接技术的应用研究
镁合金焊接技术的应用研究摘要：在镁合金焊接过程中，相关工作人员针对钨极氩弧焊技术、激光焊接技术、电子束焊技术等不同焊接技术要有正确认识。
认识不同焊接技术优势与特点，从而将其更好应用在焊接工作中，达到良好焊接效果。
关键词：镁合金；焊接技术；晶粒在如今社会快速发展背景下，镁合金被应用在很多行业发展中，镁合金质量相较于铝合金而言要轻三分之一，密度较小，同时刚度、强度较高，而且镁合金有着较强的散热能力与消震性特点，除此之外，具备较强的承受冲击能力，不容易被腐蚀，属于铸造性较强的金属结构材料。
在镁合金焊接期间，需要注意不同的问题，比如，对氧气有着较高的化学亲和力等。
如果在加热过程中，温度超过四百摄氏度，那么可能会出现爆炸等问题。
因此，在实际镁合金焊接过程中，要加强对焊接技术的应用，使得各类问题能够得到更好解决。
1、镁合金焊接影响因素分析镁合金的化学性质较为活泼，在高温的环境条件之下，会发生氧化反应，在氧化之后生成的物体不容易被熔化，从而影响镁合金焊接效果。
在实际镁合金焊接工作开展中，经常会受到不同因素影响，这也是镁合金无法达到良好焊接效果的一个重要原因。
不同因素的影响，本文主要从以下几点进行阐述与分析：1.晶粒问题影响。
实际上，镁合金属于熔点相对较低的一种金属，因此，导热性能较强，在焊接期间，一般情况下会使用功率相对较高的焊接热源，这样在焊接缝口会出现晶粒，而且此类晶粒较大。
晶粒的出现，影响镁合金的力学性能，无法将镁合金的价值发挥出来。
2.热应力影响。
镁合金的热膨胀系数相对较高，往往是钢的两倍，由此可以看出，镁合金在焊接期间容易产生热应力，热应力的出现会对工件形状、工件尺寸以及工件性能产生影响。
而且在热应力的影响之下，镁合金表面温度与内心温度不同，表层有着较大的收缩力，心部会出现拉力，造成工件变形情况产生，在情况较为严重时，会出现开裂情况。
3.氧化与蒸发问题影响。
镁是镁合金的主要成分，而镁元素的化学性质较为活泼，在高温环境下会与氧发生反应形成氧化镁，氧化镁会直接混合到镁合金当中，不容易融化，并形成颗粒夹渣，使得镁合金的整个质量受到严重影响。
镁合金焊接缺陷的产生及防止
镁合金焊接缺陷的产生及防止1 序言镁合金不仅轻质高强、价格低廉，而且具有良好的减振性、铸造性、导电性、电磁屏蔽性及散热性等优点，已成为许多工业产品的首选金属材料。
目前，镁合金广泛应用于航空工业的座舱骨架、设备支架、机轮轮毂等承载力较小的零部件[1]。
随着现代大型制造装备的转型升级，轻质镁合金结构件的需求变得非常迫切。
但是，镁合金焊接存在多种缺陷，难以得到高成形质量、高综合性能的焊接接头。
本文通过分析镁合金焊接缺陷产生的原因，同时提出防治措施，可有助于镁合金材料的推广应用，对制造装备领域具有现实意义。
2 镁合金的焊接工艺镁合金常见的焊接工艺有熔化焊和固相焊两大类。
熔化焊主要有钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、电子束焊、激光焊等方法，固相焊主要是搅拌摩擦焊。
其中，搅拌摩擦焊凭借焊前准备工作少、无需保护气体和焊材、可实现全位置焊接、焊件力学性能好、焊后应力变形小等优点已成为优先考虑的焊接方法。
但是搅拌摩擦焊具有焊件必须刚性固定、焊接速度低、搅拌头磨损快、焊缝端部易形成键孔等缺点，导致熔化焊成为常见焊接方法。
3 镁合金焊接缺陷分析镁合金具有易蒸发、易氧化、易氮化、热应力大等缺点，焊接时往往表现出多种焊接缺陷。
现重点梳理气孔、热裂纹、变形等常见缺陷的形成原因及防止措施。
3.1 气孔（1）形成原因气孔常出现于熔化焊接头的焊缝中。
例如，图1所示为普通压铸AZ91D镁合金钨极氩弧焊接头焊缝的气孔形貌，有以氢气为主导的析出型微观气孔、以氮气为主导的卷入型宏观气孔两种[2]。
a）析出型气孔 b）卷入型气孔[2]图1 AZ91D镁合金氩弧焊缝气孔的内壁形貌气孔的形成主要归结于两种原因：一种是由于焊接熔池冶金反应生成的不溶性气体聚集于凝固的枝晶晶体间，不易排出而形成气孔；另一种是由于焊接熔池吸收溶解了一些外部气体，而凝固阶段，气体溶解度随着熔池温度的陡降而迅速降低，气体容易聚集于正在生长的枝晶前沿，沿结晶层形成气孔。
镁合金熔化焊时，气孔主要来源于溶解的氢气，而熔池中的氢气主要来自母材、焊丝或弧柱气氛周围的水分。
焊接工艺的镁合金焊接技术要点
焊接工艺的镁合金焊接技术要点镁合金是一种重要的结构材料，在航空航天、汽车、电子等领域有着广泛的应用。
然而，镁合金的高活性和低熔点给其焊接过程带来了一定的挑战。
为了实现镁合金的可焊接性，提高焊接接头的强度和可靠性，必须掌握镁合金的焊接技术要点。
本文将介绍镁合金焊接的关键技术和注意事项。
一、镁合金焊接方法1. 氩弧焊（TIG焊）氩弧焊是一种常用的镁合金焊接方法。
在氩气保护下，通过高温电弧将金属材料加热到熔化状态，使其与填充材料相结合。
氩弧焊可以实现高质量的焊缝和卓越的机械性能。
然而，由于镁合金的氧化性质，氩弧焊时必须使用镁合金专用的推杆以及预先清洁和除氧的材料。
2. 激光焊接激光焊接是一种高效、精确的焊接方法，特别适合焊接镁合金。
激光束的高能密度可以在短时间内完成焊接过程，并实现熔化区域的快速凝固。
激光焊接具有低热输入和小热影响区的优势，可以避免镁合金的热裂纹和变形问题。
二、镁合金焊接前的准备工作1. 材料准备镁合金焊接前，首先需要准备优质的镁合金材料。
材料的质量和化学成分对焊接接头的性能至关重要。
合理选择合金成分和材料特性相匹配的填充材料，可以提高焊缝的强度和耐蚀性。
2. 表面处理镁合金的表面容易氧化，焊接前必须进行表面清洁和除氧处理。
可以使用碱洗、溶剂清洗或机械去除等方法，彻底除去铝、锌、铁等杂质，以提高焊接接头的可靠性。
三、焊接参数的控制1. 焊接电流和电压在焊接过程中，合理控制焊接电流和电压可以实现优质的焊缝形态和合金成分分布。
电流过大会导致气孔和焊接接头强度降低，电流过小则会使焊缝未能完全熔化。
2. 焊接速度焊接速度是决定焊缝形态和晶粒细化程度的重要因素。
过快的焊接速度会导致焊缝开裂和材料变形，而过慢则会使熔化区域过大，影响焊接接头的力学性能。
四、焊接后的处理1. 热处理镁合金焊接后，可以通过热处理进一步提高焊接接头的强度和耐蚀性。
常用的热处理方法包括时效处理和固溶处理。
时效处理可以有效提高镁合金的硬度和强度，而固溶处理则可提高镁合金的塑性。
焊接时镁合金结构件连接的重要方法
焊接时镁合金结构件连接的重要方法根据计算得出管径是D325×6mm的煤气管道通常会采用十一公斤的镁阳极来进行保护，每组阳极对管道的保护长度大约是二百七十米左右，根据计算得出需要保护的公路煤气管道需要的阳极组数量，还要根据管道的长度确定测试桩的使用数量。
将测试桩埋在与牺牲阳极相同位置上，并且与牺牲阳极串联在一起，被称为测试桩牺牲阳极；一般情况下测试桩都会被设计安置在两组牺牲阳极之间的位置。
随着社会的的进步，科技的不断发张，管道施工的技术人员都已经开始重视并发展防腐绝缘层与阴极保护等技术，两者相结合使用也是目前最经济也是最科学的的防腐蚀办法。
主要还是为了防止在生产运输或者施工过程中对防腐层的损坏，不能有效的将被保护管道与周围存在的腐蚀因素相隔离。
再者考虑到现在管道上使用的防腐层材料都会有不同程度的吸水和透气性，这样的管道埋进土壤以后，随着时间的推移防腐层逐渐老化退去，不能持续有效的发挥防腐蚀的作用。
因此需要将管道防腐层与阴极保护防腐相结合起来使用对管道进行联合保护。
阴极保护防腐技术属于极化电化学手段，保证率管道上的电化学均匀性，并从根本上组织了腐蚀反应的发生，阴极保护技术不仅仅对新铺设的管道起到保护作用，对已经投入使用的老管线的改造和延长使用时间都有非常大的作用。
焊缝腐蚀防护焊接时镁合金结构件连接的重要方法，已经被普遍使用。
镁合金具有很好的可焊性，可以用不同的方法焊接，比如气焊、在惰性气体中电弧焊、接触焊（分为电焊和滚焊）。
为了保证焊接质量，待含部位应除掉氧化膜。
因此，在焊接的时候乙方不容许发生氧化，要在惰性气体中进行，另一方面生成的氧化膜能被专美溶剂溶解掉。
以前气焊所用的溶剂主要含碱金属和碱土金属的氯化物。
焊缝处残留的焊渣容易引起镁合金腐蚀。
有焊渣再采用任何涂层均不能阻止腐蚀的发生，即使涂三层，也照样发生腐蚀。
因此，现在气焊只用氟化物溶剂，缺点是焊渣难消除。
镁合金激光焊接技术
Aspect ratio
31 0
31 5
511 4
31 0
21 3
11 30
11 5
21 0
451 0
31 0
21 4
11 25
31 0
41 0
451 0
31 0
21 2
11 36
21 25
31 5
381 6
31 0
21 1
11 43
31 0
51 5
321 7
21 0
21 0
11 00
21 25
41 5
比重轻
Mg
Al
重金属
图片来自--《时代骄子——镁合金》《中国镁业风光无限》
1
2、镁合金与铝合金、钢、铁相比具有较低的弹性模量，在 同样受力条件下，可消耗更大的变形功，具有降噪、减 振功能，可承受较大的冲击震动负荷。
减震性能强
Mg
Al
Fe
图片来自--《时代骄子——镁合金》《中国镁业风光无限》
2
3、镁合金具有较好的铸造性和加工性能。
二、激光焊接及其原理
定义：激光焊接是利用高能 量密度的激光束作为 热源进行焊接的一种 高效精密的焊接方法。
其中，根据激光对工件的作用 方式和激光器输出能量 的不同，可将激光焊分 为连续激光焊和脉冲激 光焊。
图片来自--《现代激光焊接技术》
0
原理；光子轰击金属表面形成蒸汽，蒸 发的金属可防止剩余能量被金属 反射掉。如果被焊金属具有良好 的导热性能，则会得到较大的熔 深。激光在材料表面的反射、透 射和吸收，本质上是光波的电磁 场与材料相互作用的结果。激光 光波入射材料时，材料中的带电 粒子依照光波电矢量步调振动， 使光子的辐射变成了电子的动 能。物质吸收激光后，首先产生 的是某些质点的过量能量，如自 由电子的动能，束缚电子的激发 能或者还有过量的声子。这些原 始激发能经过一定过程在转化为 热能。
镁合金焊接
※ 镁合金TIG焊接 ※ 镁合金激光焊接 ※ 镁合金激光—氩弧复合热源焊接
镁合金焊接工艺
TIG焊接
——接头系数 80~90%左右 激光焊接
——接头系数 90%以上
复合热源焊接 ——接头系数 90~100%
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 年政府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。
Hiraishi, Makoto (2001)
邢丽（2002）
拉伸强度为母材的75~90% 焊接装置示意图 疲劳强度仅为母材的60~80%
激光-电弧复合热源焊接研究现状
W.Steen在20世纪80年代末首次提出激光-电弧复合焊接技术
激光+TIG（1979年） 激光+MIG （1982年） 激光+PA （1984年）
试验装置原理图
激光-电弧复合热源焊接研究现状
镁及镁合金的焊接性
镁及镁合金的焊接性。
⑴粗晶镁的熔点仅为651℃，导热快，焊接时要用大功率热源，所以焊缝及热影响区金属易产生过热和晶粒长大。
⑵氧化和蒸发镁的氧化性极强，在焊接高温下，易形成氧化镁（MgO），MgO熔点高达2500℃，且密度大（3.2g/cm3），在熔池中易形成细小片状的固态夹渣。
在高温下，镁还容易和空气中的氮化合成镁的氮化物，使接头性能变坏。
镁的沸点不高，仅为1100℃，因此在电弧高温下很易蒸发。
⑶热应力镁及镁合金的线膨胀系数约为钢的2倍（铝的1.2倍），所以焊接时产生较大的热应力，增加产生裂纹的倾向和加大焊件变形。
⑷热裂纹镁容易和一些合金元素如Cu、Al、Ni等形成低熔点共晶（如Mg-Cu共晶熔点为480℃，Mg-Al共晶熔点为430℃，Mg-Ni共晶熔点为508℃）所以热裂纹倾向较大。
⑸气孔氢在镁中的溶解度随着温度的降低而急剧减少，因此焊缝中易产生气孔。
镁合金焊接技术要点及注意事项
镁合金焊接技术要点及注意事项简介镁合金具有优异的力学性能和热导性能，因此在航空、航天、汽车等领域被广泛应用。
然而，镁合金的焊接技术相对较为复杂，需要注意一些关键的要点和注意事项。
本文将介绍镁合金焊接的一些关键要点和注意事项。
要点1. 清理和预热在焊接镁合金之前，必须彻底清理焊接表面，去除油污、氧化物等杂质，以确保焊缝的质量。
此外，在进行镁合金焊接之前，要适当地进行预热，以降低材料的热应力和冷裂敏感性。
2. 选择合适的焊接方法常用的镁合金焊接方法包括气焊、电弧焊、激光焊等。
选择合适的焊接方法要根据具体的应用需求和焊接材料的类型来确定。
3. 控制焊接参数在进行镁合金焊接时，需要合理控制焊接电流、电压、焊接速度等参数，以确保焊接的稳定性和质量。
4. 使用合适的焊接材料和填充金属选择合适的焊接材料和填充金属对于镁合金焊接的成功至关重要。
应根据具体的镁合金材料和焊接要求来选择合适的材料。
5. 进行后续处理完成焊接后，还需要进行后续处理，如去除焊渣、退火、表面处理等，以提高焊接接头的性能和外观质量。
注意事项1. 防止氧化镁合金焊接过程中容易受到氧化的影响，因此要在焊接过程中采取措施防止氧化，如使用惰性气体保护焊接区域。
2. 防止热裂纹镁合金具有较高的热导性能和热膨胀系数，容易产生热裂纹。
因此，在焊接过程中应注意控制焊接温度和速度，避免产生热裂纹。
3. 注意防护措施焊接镁合金时，要注意采取适当的防护措施，避免镁合金烟尘对人体和环境的影响，如佩戴防尘口罩、做好通风等。
4. 进行试验和检测在进行镁合金焊接之后，需要进行试验和检测，以验证焊接接头的质量和性能是否符合要求。
5. 持续研究和改进镁合金焊接技术是一个不断发展和改进的领域，因此，要保持持续研究和关注新的焊接技术和方法，以提高焊接质量和效率。
结论镁合金焊接技术是一项重要且复杂的技术，掌握焊接要点和注意事项对于保证焊接质量和提高工作效率至关重要。
通过遵循上述要点和注意事项，能够更好地实施镁合金焊接，从而推动相关领域的发展和应用。
镁合金的点焊
镁合金的点焊镁合金由于具有密度低、比强度及比刚度高、导热性和电磁屏蔽性好、阻尼性能优秀、可以回收利用等优点，被认为是21世纪最有应用潜力的“绿色材料”。
目前，在点焊结构中实际应用的主要是变形镁合金（MB2等）。
镁合金点焊焊接要点基本与铝合金相同，在用工频交流点焊机点焊时焊接参数参见表20。
表20 镁合金（MB2）点焊焊接参数（选用单相交流电阻焊机）板厚/mm电极直径/mm电极端部半径/mm电极压力/N通电时间/s焊接电流/kA焊核直径/mm最小拉剪力/N0.4+0.4 6.55013720.0516～17313.6～617.40.5+0.510751372～1568 18～203～3.5 421.4～7840.65+0.65 1568～1764 0.05～0.07 22～243.5～4.0 578.2～960.40.8+0.8 1764～1960 0.07～0.09 24～26784～1195.61.0+1.013100 1960～2254 0.09～0.1 26～284.5～5.0 980～15191.3+1.3 2254～2450 0.09～0.12 29～305.3～5.8 1323～19111.6+1.6 2450～2646 0.1～0.146.1～6.9 1695.4～24012+2161252842～3136 0.14～0.17 33～357.1～7.8 2205～30382.6+2.6161503332～3528 0.17～0.2 36～388.0～8.6 2793～38223.0+3.04214～44100.2～0.2442～458.9～9.63528～4802典型镁合金点焊优质接头金相照片如图37所示。
镁合金TIG焊焊接工艺
ｌ Ｏ・
科 技 论 坛
镁合金 Ｔ Ｉ Ｇ 焊 焊 接 工 艺
尚 振 一
（ 南通航 运职 业技术 学院， 江苏 南通 ２ ２ ６ ０ １ ０ ）
摘
要： 介绍 了焊接镁合金 的几种工 艺方法 ， 包括 Ｔ Ｉ Ｇ焊、 电子束焊 、 激光 焊以及搅拌摩擦焊。针对镁合金的焊接 特点 ， 着重论述具有
实践 应 用 性 强 、 生 产 成 本较 陷 防 治 。 关键词 ： 镁合金 ； １ ｒ Ｉ Ｇ焊 ； 焊接 工 艺 ； 焊接 缺 陷
镁合金的密度小 ， 约为 １ ． ７ ８ ｇ ／ ｃ ｍ ｓ ， 是铝的 ２ ， ３ ， 钢的 １ ， ４ 。同时， ３ － ４焊前表面处理 。镁合金表 面一般 采用机械 以及化学 处理方 镁合金还具 有高的比强度 、 比刚度 、 减震性和导热性 ， 较 好的可切削 法 ，清理 坡 口两侧 １ ５ ｍ ｍ一 ２ ０ ｍ ｍ的范围内的氧化物 以及污染物 ， 清 性和可回收性 ， 因而被称为 ２ １ 世纪的“ 绿色” 工程材料 。 因此它在汽 理后裸露在空气 中的镁 由于化学性质活泼会再次被空气氧化 ， 所 以 车、 通信 、 航 空航天等领域具有巨大的应用前景 。 清理后需要快速进行焊接避免镁的氧化又带来 的一系列的问题 。 如 １ 焊 接 性 分 析 果使用化学材料清理 ， 那么焊接时间可以适当的延长一点 。 由于镁 合金的熔 点低， 线膨胀系数 和导 热率高 ， 与氧 、 氮 的亲 和 ３ ． ５ Ｔ Ｉ Ｇ焊的电流及极性选择 。用 Ｔ Ｉ Ｇ焊焊接镁 合金时 ， 为 了有 力 强， 焊后 易形成夹杂和脆性相 ， 易产生焊接 变形 和热裂纹 ， 使焊 接 利 于气体的逸 出以及利 用“ 阴极 破碎效应 ” 一般都使 用交流 电源并 接 头的力学性能下降。针对镁合金焊接的特点 和难 点， 应采用能 量 采 用 低 电弧 。 密度大 、 焊接热输入小 、 焊接速度快 的高效焊接方法。 近些年来 出现 ３ ． ６焊丝的选择与使用 。焊丝 中所使 用的材料对焊接后 接头的 的新工艺 ， 如 Ｔ Ｉ Ｇ焊、 真空 电子束焊 、 激光焊 以及搅拌摩擦焊等。 组织性能影响很大，通常情况下都会使用 的焊丝 中 Ｍ ｇ的 比例都会 ２ 焊 接 方 法 分析 比母材低 。因为二次相 的量 以及接头 刚度在高温镁蒸 发严重且 Ｍｇ ２ ． １ Ｔ Ｉ Ｇ焊。用 Ｔ Ｉ Ｇ焊焊接镁合金时 ， 由于 Ｔ Ｉ Ｇ焊加热范围小 ， 比例较大 的情况下都会变得很 大， 相反的接头强度就会变低 。 热源集 中性好 ， 焊接后 ， 热影响区的范围和变形的尺寸都较小 ， 并且 ３ ． ７ 钨极 的选择与使用 。钨极选择综合性能好 的铈钨极 ， 钨极直 焊缝抗腐蚀 的性能也得到了提 高 ， 接头的整体性能变得更加优 良。 径与 电流密度根据试件情况进行合理选择 。 ２ ． ２电子束焊 。电子束焊是一种高能密度的焊接工艺 ， 穿 透性能 ４ 焊接 接 头 缺 陷 及 其 产 生 原 因分 析 好， 可 以对镁合金厚板进行焊接 ， 接头质量好。但是电子束焊要求在 ４ ． １ 焊接气孔缺陷分析 真空环境下进行 ， 而且， 电子束焊枪结构 复杂 ， 设备投 资和运行成本 ４ ． １ ． １ 气孔形成原因。 气 孔问题在所有 的焊接过程 中都是十分常 比电弧 焊要 高许多倍 ， 对焊接接 头装 配要求严格 ， 焊接时容 易激发 见的 ， 几乎所有 的钢材 、 有 色金 属焊接的时候都会产生气孔 ， 而镁 合 Ｘ 射线， 对 环境产生危害 。以上弱点限制了电子束焊接 的广泛应用。 金 的一些有 色金属特殊 的 自身性能导致 了产生气孔 的概率往往 比 ２ ． ３ 激光 接 。激光焊接高度集 中的能量会将热影响 区的面积 其他的金属材料 还要 大一些 。 实验表 明其表面一层很难彻底 去除的 减 到最小 ， 而且激 光束 比较容易控制 ， 焊接镁合 金可 以有效 防止传 Ｍｇ Ｏ更容易与空气 中的水相结合 ， 所 以在镁合金焊接 时对气 孔的敏 统焊接工艺产生的缺 陷 ， 焊接接头质量好 。但激光器功率一般都 比 感度更大。 较小 ， 镁合金表 面对激光束 的吸 收率很低 ， 而且 深熔 焊时存在 阈值 ４ ． １ ． ２气 孔 产 生 的 预 防措 施 。 焊 前 对 材 料 进 行 清 理 在 整个 焊 接 过 问题，技术还不够成熟成本非常高 ， 如今只是在航空航 天等高端科 程中是非常重要 的一个步骤 ， 保护气 的成分 同样会影 响焊缝 中气 孑 Ｌ 技技术 中应用 ， 在一般工业 中还没有得 到广泛应用 。 的形成。实验发 现 ， 使用了双重保护且使用高气压 的保护气 的试 件 ２ ． ４搅拌摩擦焊。 搅拌摩擦焊是一种新 型的固相塑 『 生连接工艺 ， 相对于没有使用双重保护和保护器 的气压 比较低 的试 件 ， 气孔 的量 在焊接 过程 中， 金属不 熔化 ， 焊接 时温度相对较低 ，因而可 以避免 会减少 ８ ０ ％以上。 必要 时可 以加入一些不影响材料本身机械性能的 其他焊接方法所产生 的焊接缺 陷 ， 焊接镁合金时不会出现熔化焊的 合金材料来 降低液 态金属 的粘度 ，这样气泡 就会从焊缝 中快速 析 各种缺陷， 接头性能 良好 ， 对镁合金 的焊接具有独 特的优势 。但是 ， 出。 镁合金搅拌摩擦 焊的工艺 限制较 多， 搅拌头适应性差 ， 且磨 损较快 ， ４ ． ２焊 接 裂 纹 分 析 工艺还不成熟， 目前 限于用在结构简单的构件。 ４ ． ２ ． １ 裂纹形成原 因。从镁合金焊接 时裂纹 的分 布情况 知道 ， 焊 因此 ， 我们将 Ｔ Ｉ Ｇ焊焊接镁合金的焊接工艺作为代表来探讨镁 缝 晶粒 结 晶过 程 中是 一 个 薄 弱 的环 节 ， 首先结晶的部分金属纯度会 合金的焊接工艺 以及缺陷防治 。 比较 高 ， 后 结 晶 的 金 属 相 对 杂 质 就 比较 多 ， 而 这 些 杂 质 形 成 的 低 熔 ３ Ｔ Ｉ Ｇ焊工艺参数对焊缝 的影响 共 晶物的熔点较低 ， 在 焊 缝 金 属 凝 固的 后 期 位 于 晶 界 部 位 ， 会 形 成 ３ ． １ 焊接线能量 的影 响。焊接 电流大小 以及 焊接速度 快慢 对焊 层膜 ，此时 由于镁合金冷却收缩量较大会产生较大 的拉应力 ， 焊 接 的线 能量都起着至关重要的作用 。 在焊接镁合金时 电流以及焊接 缝 晶界在拉伸应力的作用下就非常容易被撕裂而导致裂纹的形成 。 速度在允许 的范 围内， 都要尽量 的取上 限值 。焊接速 度过慢则 必然 ４ ． ２ ． ２ 裂 纹 产 生 的预 防 措 施 。 试 验 分 析研 究 发 现 可 以从 工 艺 以及 会导致热影 响区过大并伴随热裂纹 的出现 。 冶金两个方面降低镁合金焊接 过程 中热裂纹 的产生。 工艺 因素则主 ３ ． ２氩气流量的选择 。Ｔ Ｉ Ｇ焊焊接镁合金时， 保护气 可以有效地 要是通过规范操作 ， 选择正确焊接顺序及接头并 预热来 减少焊件 的 预 防有害气体进入焊接区 ， 气体流量在一定 范围内 ， 随着流量上升 ， 膨胀量 ， 从 而达到 降低裂纹 的产 生。但是 为了从 根本上解决热裂纹 保护效果变好 ， 但不是无 限制 的上升 ， 一旦到了一定流量限值 ， 再加 的产生 ， 就必须从控制源头冶炼来提 升接头的机械性能降低裂纹产 大流量 ， 不仅不会提升保护效果 ， 反而质量下降 ； 因为过大 的氩气流 生 的产 生 来 实 现 对 裂 纹 的 掌控 。 反 而会 产生紊流将空气卷 入受保护 区； 因此 ， 气 体流量要 根据具体 结 束 语 焊接位置以及坡 口形式等综合考虑 。 镁合金 在采用 Ｔ Ｉ Ｇ焊焊接工 艺相 比于其他焊 接方法 其优势 在 ３ ． ３ 焊接接头设计 。 镁合金的焊接接头有很多种形式 ， 可以采用 于热影响区的范 围和变形 的尺 寸较小 ， 并且焊缝抗腐蚀 的性 能会得 对接 、 外角接 、 搭接 、 Ｖ形对接 、 ｘ形对接等 ， 坡 口的选择在 镁合金 的 到极大的提高 ， 接头的整体性能变得更加优 良且成本相对合 理。操 焊 接 选 择 上 是 一 项 重 要 的 问题 ， 焊 接 时选 择 的 坡 ｉ Ｓ ｌ 不正 确 ， 在 焊 接 作方法简单 ， 对试件装 配以及操作条件要 求较低 ， 合理制 定焊接工 时容易导致产生夹渣与未焊透等缺陷 ， 如何 选择坡 Ｅ ｌ 的形式需要根 艺以及 缺陷防治 ， 保 证经济性 与实用性 的完美结合。 据实际的工件情况来分析 。