镁合金焊接分析
镁合金焊接技术研究
2010年02月25日
0 前言
近10年来，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化学特点，导致其焊接有很大困难，满意的焊接质量不易获得。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。
本文介绍大连理工大学近年来开展的镁合金同种及其与异质材料的焊接研究工作，并展望了镁合金焊接技术在镁合金新型结构件产品上的应用。
1 激光焊接技术
1.1 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，如图1所示。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。
图1 激光焊焊缝表面形貌 图2 镁合金激光焊接接头组织
1.2 镁合金与铝合金的激光焊接
镁铝异种金属可以通过真空扩散焊、爆炸焊、搅拌摩擦焊等方法实现一定程度的连接，但其结合强度并不理想。造成这种结果的主要原因是两种材料焊接时在熔池内部形成了高硬度高脆性的金属间化合物。
SiC颗粒在铸造领域常常与镁、铝合金结合形成复合材料，可以细化材料的微观组织并且全面地提高机械性能；其在表面熔覆的工艺中也经常得到应用。针对SiC的性质及其在镁、铝复合材料中应用研究的基础上，提出SiC作为中间层进行激光镁铝搭接焊工艺，将SiC颗粒作为中间层进行镁铝激光搭接焊，来达到提高镁铝焊接接头性能的目的。
对比镁合金与铝合金的直接激光焊接与加入SiC颗粒的激光焊接，其宏观焊缝横截面如图3所示。在相同激光功率条件下，焊接熔池横截面宏观形貌发生了改变。与激光直接焊接相比，加入SiC夹层后熔池内部搅拌能力降低并且镁铝板材界面处熔宽增加。对焊接试件进行剪切试验，结果表明SiC的加入改变了熔池的微观组织，使金属间化合物反应层厚度降低，焊缝的抗剪切拉伸性可达激光直接焊接的三倍以上。
图3 焊缝宏观横截面
A． 直接激光焊接 B. 加入SiC夹层的激光焊接
2 等离子弧焊技术
2.1 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。
图4 镁合金变极性等离子弧焊宏观接头形貌 图5 变极性等离子弧焊缝接头微观组织
2.2 镁合金的变极性等离子弧缝焊
采用变极性等离子弧焊对5mm厚的镁合金板材进行了缝焊，工艺原理图如图6所示，焊缝的宏观照片如图7所示，从焊缝的宏观组织图看，上面镁板具有变极性等离子弧小孔焊的工艺特征——背面熔透均匀，接头的上下表面熔宽尺寸变化小，这将有利于减小应力集中，改善接头的性能。这种方法不仅提高了中厚度镁合金板材的焊接质量，还简化了生产流程、提高生产了效率，适用于大批量生产。
图6 变极性等离子缝焊工艺原理图 图7 变极性等离子缝焊焊缝宏观组织
3 低能耗激光诱导增强电弧复合焊接技术
低能耗激光诱导增强电弧复合焊接技术是在发现小功率激光诱导增强电弧的现象及规律的基础上，通过揭示小功率激光诱导增强电弧的多条件耦合及其物理本质，突破小功率激光诱导增强电弧的系列关键技术，发明出的一种低能耗激光诱导增强电弧焊接技术。目前采用该技术已成功实现了镁合金之间及镁合金与异质材料之间的优质高效连接，开发出了配套的镁合金专用低能耗激光诱导增强电弧复合焊接设备及系列焊接材料。
3.1 同种镁合金板材的焊接
采用低功率YAG激光-电弧复合焊接镁合金板材，焊接原理图如图8所示。试验发现，激光-电弧复合热源焊接镁合金焊缝成型良好，无气孔、裂纹等缺陷。在相同的焊接条件下，采用复合焊接方法获得的焊接熔深可达激光单独焊接的4倍，氩弧焊的2倍，如图9所示。焊接接头的拉伸强度达到母材95%以上，疲劳强度与母材相当，能够满足车辆结构件实际应用中对焊接接头动、静载荷的要求。
图8 激光-TIG复合热源示意图 图9 焊缝形貌和熔深对比
3.2 同种镁合金薄板的焊接 目前研究的镁合金焊接板厚都在1.5mm以上，并且针对薄板一般都采用搭接焊的方式。而对于1mm以下镁合金薄板对接焊接的研究还很少，这一定程度上限制了镁合金在特定场合的应用。利用低功率激光-TIG复合焊接方法焊接镁合金薄板，通过系列实验确定了复合热源焊接镁合金薄板的最佳参数。在该参数下成功实现了0.8mm镁合金薄板的对接焊，单面焊双面成型，焊缝成形连续、美观，如图10所示。对焊接接头进行拉伸强度测试，结果表明低功率激光-TIG复合焊接得到的AZ31-AZ31及AZ31-AZ80对焊接头拉伸强度相比单TIG焊接大幅度提高，达到AZ31母材强度的95％以上。
(a) 镁合金薄板正面焊缝 (b) 镁合金薄板背面焊缝
图10 镁合金薄板激光-TIG复合焊接焊缝表面形貌
3.3 异种镁合金板材的焊接
采用低能耗激光诱导增强电弧技术进行了异种镁合金之间的焊接性研究，主要研究了AZ31与AZ61和AZ91的焊接工艺并分析了焊接接头的微观组织和力学性能。研究结果表明，采用该技术不仅可以实现异种镁合金之间的良好连接，同时能够实现不同厚度的异种镁合金的良好连接。图11为典型的异种镁合金焊接接头断面形貌，可以看出AZ31侧镁合金的热影响区比较窄，而AZ61和AZ91侧的热影响区比较宽，而且包括几个不同区域，这主要与三种镁合金含铝量的不同以及低能耗激光电弧复合焊接工艺参数的选择有关。
图11 AZ31镁合金与AZ61、AZ91镁合金低能耗激光电弧复合焊接接头形貌
拉伸试验结果如图12所示，采用低能耗激光电弧复合焊接技术所获得的AZ31镁合金与AZ61和AZ91焊接接头的抗拉强度均达到AZ31镁合金母材强度的95%以上，完全能够满足实际使用的需求。
图12 AZ31镁合金与AZ61、AZ91镁合金低能耗激光电弧复合焊接接头抗拉强度 3.4 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。其焊接装置示意图如图13所示，得到的焊缝表面成型良好，见图14所示。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。
图13 焊接装置示意图 图14 焊缝表面成形照片
3 活性焊接技术
3.1 镁合金活性焊接
活性（A-TIG）焊接法是在焊前将母材表面涂覆上一层活性剂，在相同的焊接规范下，同常规TIG焊相比，可以大幅度地提高焊缝熔深。焊接镁合金时，加入研发的活性剂后，交流TIG焊焊缝熔深明显增加，如图15所示。力学性能测试显示，镁合金A-TIG焊接接头强度可达到母材的90%，实现了镁合金的大熔深，优质连接。
图15无活性剂及涂敷活性剂的焊缝横截面照片
(a)未涂敷活性剂 (b)涂敷活性剂
3.2 镁合金活性焊丝填丝焊接
传统的活性焊接技术将活性剂涂敷在焊接试件表面，存在不能填丝的缺点，故提出一种活性焊丝填丝焊接的方法，将活性剂涂敷在焊丝的表面，然后进行填丝焊接，如图16所示。镁合金活性焊丝TIG填丝焊接克服了传统活性焊技术进行填丝焊接时熔滴过渡困难的缺点，可以实现熔滴顺利过渡到焊接熔池，同时活性剂起到增加焊接熔深的作用，是一种理想的镁合金高效焊接方法。这种方法与普通TIG填丝焊接方法相比可以大幅提高镁合金焊接的效率和熔深。图17为电流为60A和90A时焊接熔深对比。当电流为60A时，熔深增加比（活性焊丝的焊接熔深和普通焊丝的焊接熔深相比）可达300%以上。当焊接电流为90A时，采用复合活性焊丝焊接的熔深达到最大，熔深增加比为243%，对于5mm厚度的AZ31镁合金板可以单道一次焊透。
a. 活性焊丝焊接 b. 试板表面涂覆活性剂填充普通焊丝焊接
图16 焊接示意图
图17 焊缝截面形貌
4 熔化胶接焊焊接技术
针对目前对异种金属材料连接技术的迫切需求，提出一种“熔焊-胶接”（即胶焊）连接新技术。将激光、等离子弧等高能束连续熔化焊接技术与胶接技术有机复合，实现机械结合、冶金结合和化学结合的有效统一，不但具有传统胶接点焊的优点，同时实现了连续熔焊的“线结合”与胶接的“面结合”的相互促进，接头综合性能显著提高，为今后异种材料的连接提供新的方向。
4.1 镁合金等离子弧胶接焊
采用等离子弧胶焊技术对同种镁合金板材进行焊接性试验，探索了等离子弧胶焊技术的工艺特点，分析了焊缝的组织和性能，对进一步研究等离子弧胶焊技术的工艺特点有着重要的指导意义。
AZ31B镁合金缝焊焊缝微观组织分析
第１９卷第５期 ２０１１年０９月 河南机电高等专科学校学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｎａｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｖｏ１．１９№．５ Ｓｅｐ．２０１１ ＡＺ３ １ Ｂ镁合金缝焊焊缝微观组织分析 马天凤，吴金杰 （河南机电高等专科学校材料＿Ｔ－程系，河南新乡４５３０００） 摘要：采用德国进口３ＧＮＰ４０ＯＳＴ交流缝焊机对镁合金ＡＺ３１Ｂ进行焊接试验，分析了规范焊接参数下焊接区的微 观组织，通过物相分析得出镁合金缝焊焊接接头组织组成的一般规律及性能变化情况；观察和分析了母材和焊接 接头的断口形貌。 关键词：镁合金；微观组织；物相分析；断口形貌 中图分类号：ＴＧ１１５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—２０９３（２０１１）０５—０００５一Ｏ３ 镁合金与其他金属相比，具有比刚度和比强度 高，密度小等特点。由于以上特点，镁合金在航空航 天、汽车工业等许多行业和领域获得了广泛的应用。 而镁合金焊接技术和工艺是镁合金材料进一步推广 应用必须解决的关键问题之一。本文以ＡＺ３１Ｂ为试 验材料，研究镁合金缝焊焊接接头的微观组织及断口 形貌。 １ 规范焊接参数下接头的显微组织 图１为焊接电流为２６．６ｋＡ，焊接电极压力为 ５．６ｋＮ，焊接脉冲比Ｔｏ ／Ｔｏ ＝３：２，焊接速度为０．９ｍ／ｍｉｎ 时ＡＺ３１ Ｂ板材缝焊焊接接头横截面微观组织图。从 图中可以看出，母材、焊缝及热影响区三个区域界限 较为明显，焊缝区组织为细小的等轴晶，属铸造急冷 组织 Ｊ，其晶粒比母材和热影响区的晶粒细小，晶界 上均匀分布着颗粒状的析出相。
×２００ ×５Ｏ０ 图１ 规范焊接参数下焊缝区组织 ＡＺ３１Ｂ镁合金缝焊焊接得到的焊缝组织为细小形成成分过冷。随着晶粒逐渐远离边界向焊缝中心 的等轴晶，出现以上组织特征主要与焊接热循环过程生长，温度梯度逐渐变小，结晶速度逐渐加快，熔质的 和镁合金的物理特性有关。分析其原因在于，一方质量分数逐渐增高，成分过冷区也逐渐增大。晶体生 面，由于熔池中不同部位温度梯度和结晶速度不同， 长到焊缝中心时，温度梯度最小，结晶速度最大、溶质 造成成分过冷后的分布不同，因此，焊缝各部位会出 的质量分数最高，成分过冷区大，最终生成等轴晶。 现不同的结晶形态。在焊缝边界，即焊接熔池开始结镁合金的导热系数大，散热快，采用大功率高速焊，因 晶处，由于熔合线上的温度梯度大，结晶速度小，很难此促进了焊缝区金属的快速凝固，使晶粒得到细化； ，ＯＲ稿日期：２０１ｌ－０３．１０ 作者简介：马天风（１９８２，），女，河南延津人，硕士，主要从事焊接工艺研究。
镁合金铝合金的固态扩散焊接探索
镁合金铝合金的固态扩散焊接探索
作者：李奇峰
来源：《科技资讯》 2011年第34期
李奇峰
(苏州华旃航天电器有限公司研究所 江苏苏州 215129)
摘 要:本文以镁合金ZK60和铝合金7A04为研究对象,采用加入中间层锌的方式对Mg／Al异种材料进行了扩散焊接试验,试验焊接条件在非真空环境下,焊接设备及条件相对简单,具有很高的实际工业生产利用价值。探索性的总结出一些影响镁铝扩散焊接的因素以及有利于扩散焊接的试验工艺参数条件以及操作过程。结果表明,Mg／Al异种材料扩散焊在焊接温度在430℃左右,焊接压力16MPa焊接时间为80min～120min能得到良好的扩散焊接头。
关键词:Mg/A1异种材料 显微组织 扩散焊接
中图分类号:TG457
文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)12(a)-0081-01
镁、铝是目前应用广泛的航空航天材料,具有熔点低、密度小、塑性好等优点。由于镁合金和铝合金应用的广泛性和交叉性,以及在某些场合对其特殊性能的要求,将镁、铝及其合金连接形成复合结构十分必要。一般的焊接方法(如MIG,TIG)很难对Mg/Al异种材料进行连接,主要是在焊接热影响区产生变形及裂纹。扩散连接能够避免采用熔焊方法时易产生的裂纹、变形、偏析等缺陷,采用扩散焊技术实现了对Fe3Al异种材料、Ti/A1异种材料的可靠连接,但是对于Mg/A1活性金属的扩散连接目前尚未见报道。研究镁、铝合金的扩散连接以及接头微观组织具有重要的理论及实践意义。
1 实验过程
1.1 实验设备
扩散焊接探索试验在自行设计制造的试验装置上进行,实验在非真空环境下进行。它能够满足一般扩散焊接对焊接温度、压力等重要参数的控制要求。该装置采用电阻加热方式,焊接温度用热电偶测量,试验时热电偶固定在距焊接试样约1mm处。
镁合金活性焊与活性焊丝焊接电弧光谱对比分析
试验研究俘掳 镁合金活性焊与活性焊丝焊接电弧光谱对比分析 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省先进连接技术重点实验室（１１６０２３） 张兆栋刘黎明 摘要以ＴｉＯ：和ＣａＣ１：为活性剂，研究了传统活性焊以及活性焊丝焊接中熔深的增加作用，并分析了焊接过 程中的电弧光谱行为。结果表明，采用传统活性焊方法以及活性焊丝焊方法均可以显著增加镁合金ＴＩＧ焊的熔 深，不同种类的活性剂增加熔深的效果不同，并且活性剂所处的位置不同，其增加熔深的效果也不相同。当使用 ＴｉＯ 活性剂时，不管是涂敷在母材表面，还是涂敷在焊丝表面，均没有观察到其～次离子的谱线。而在活性焊丝焊 接电弧中，观察到了Ｃａ元素的一次离子的谱线，说明ＣａＣ１：活性剂主要通过影响焊接电弧来增加焊接熔深，而ＴｉＯ， 活性剂增加焊接熔深的机理主要是影响熔池行为，对焊接电弧作用较小。 关键词：活性焊活性焊丝镁合金熔深光谱 中图分类号： ＴＧ４０１ ０前 言 镁合金具有比强度高、电磁屏蔽性好、易机械加工 及易回收等优点，被称为２１世纪的绿色工程材料…。 由于镁合金热导率高，采用传统的ＴＩＧ焊效率较低，因 此需要一种高效的焊接方法应用到镁合金的焊接中。 活性化钨极氩弧焊最早是由巴顿焊接研究所在２０世 纪６０年代提出的 ，并在２０世纪９０年代作为一种高 效的焊接方法被广泛研究。目前活性焊的研究主要是 针对不锈钢和钛合金 ，对镁合金活性焊的研究国 内这几年刚刚开始。 近年来，作者对镁合金的活性焊进行了系统的研 究 ，发现采用活性焊方法可以大幅提高镁合金ＴＩＧ 焊的熔深及效率。在研究过程中，为了进一步提高焊 接接头质量以及焊接效率，作者提出了一种镁合金活 性焊丝 ，即将传统Ａ—ＴＩＧ焊中应用的活性剂与填 充焊丝复合在一起。将这种焊丝应用于厚板焊接或构 件补焊等场合，便可在一定条件下不需预先开坡口或 打孑Ｌ，一次性将工件焊透，从而减少重复焊接次数。这 种焊丝的应用将会大大提高生产效率，改善接头性能。 目前，在活性焊熔深增加的机理方面，人们相继提 出了“电弧收缩”理论、“表面张力”理论和“阳极斑点” 理论等，但是还没有统一ｌ９ 。研究镁合金活性焊熔 深增加的机理对镁合金活性焊的应用具有很好的指导 意义。作者对镁合金传统活性焊以及活性焊丝焊接的 电弧光谱进行了对比分析，研究活性剂的位置不同对 电弧的影响作用，从一个新的角度分析了镁合金交流 Ａ—ＴＩＧ焊熔深增加的机理。 １ 试验材料与方法 试验采用尺寸为２００ ｍｍ×１５０ ｍｍ Ｘ ３．５ ｍｍ的 ＡＺ３１Ｂ变形镁合金板材作为焊接试板，其化学成分见 表１。 试验中选择常用的ＴｉＯ 和ＣａＣ１ 活性剂，作为典 表１ ＡＺ３１镁合金试板的化学成分（质量分数，％）
镁合金焊接技术的现状和发展趋势
第４期 ．５．
镁合金焊接技术的现状和发展趋势
冯丽锋 ，宋欣 ，王丽娟
（１．辽阳市锅炉压力容器检验研究所，辽宁辽阳１１ １０４２） （２．辽宁华标压力容器有限公司，辽宁辽阳１１ １０００）
［摘要］针对镁合金的特点和焊接技术的应用，重点介绍了各种镁合金焊接方法的应用现状，并进行了分析对比。研究了 焊接工艺特点和焊接缺陷的防止措施，对镁合金及其焊接方法的应用前景进行了展望。
［关键词］镁合金；焊接技术；发展趋势
镁合金具有密度低、比强度大、易回收等
特点，其应用领域日益广泛。随着镁合金应用的
逐步推广，镁合金的成形技术受到越来越大的考
验。现有的镁合金成形技术，主要以铸造为主，
其焊接技术发展比较缓慢，这与镁合金自身的物
理特性有关，随着镁合金焊接技术研究的深入和
市场的需求，镁合金的焊接技术将成为影响镁合
金发展的关键所在。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镁合金焊接技术的现状
镁合金的焊接技术较镁合金其它成形技术
（尤其是压铸）相比发展较缓慢，现正处于起步
阶段。但随着汽车和航空领域强大需求的推动，
镁合金焊接技术必将得到迅速发展。目前国内一
些高校、科研院所和企业纷纷开展镁合金焊接技
术的研究，这为镁合金焊接技术的推广应用提供
了良好的前提条件和理论基础。
１．１ ＴＩＧ焊（惰性气体钨极保护焊）
钨极气体保护焊是目前镁合金最常用的焊 接方法。可分为钨极氩弧焊和钨极氦弧焊。钨极
氩弧焊焊接镁合金，接头的变形小且热影响区较
窄，接头的力学性能和耐腐蚀性能都较高。由于
镁合金的特点，焊接时要使用交流电源，以去除
氧化膜，焊接过程中主要存在气孔、夹杂和热裂
纹等缺陷，利用活性焊接可以改善钨极氩弧焊接
镁合金时存在的熔深浅的缺点。
为了实现对镁合金厚板的焊接，增加熔深，
许多研究集中于活性钨极氩弧焊（Ａ ＴＩＧ）方面。在
焊接镁合金之前，在焊接区域涂覆氯化物（ＬｉＣ１， ＣａＣ１２，ＣｄＣ１２，ＰｂＣ１２，ＣｅＣ１３），然后施焊。研究 发现这些氯化物可以使熔深增加两倍。这主要是
镁合金焊接的研究与发展
镁合金焊接的研究与发展
徐 杰 刘子利 沈以赴 刘仕福
（南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京 ２１００１６）
文摘 综述了三种典型的镁合金焊接技术的研究现状，分别为钨极氩弧焊、激光焊和搅拌摩擦焊，分
析了镁合金焊接的研究和应用现状，讨论了这些焊接方法的优缺点，并指出镁合金焊接研究中存在的问题和
今后的发展方向。 关键词 镁合金，焊接，研究，发展
Ｓｔｕｄｙ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ａｌｌｏｙ
Ｘｕ Ｊｉｅ Ｌｉｕ Ｚｉｌｉ Ｓｈｅｎ Ｙｉｆｕ Ｌｉｕ Ｓｈｉｆｕ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅ【Ｉｇｉｎｅｅｆｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ａｒｅ ｓｕｍｍａ— ｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｓｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｒｅ ｇａｓ ｔｕｎｇｓｔｅｎ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ，ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｉｒ ｗｅｌｄｉｎｇ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，
ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｔｈｅ ｅｘｃｅｌｌｅｎｃｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ
ｔｈｅｓｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．
空分装置冷箱内铝镁合金管道焊接质量的控制
空分装置冷箱内铝镁合金管道焊接质量的控制
摘要：由于工艺、温度、材料特性等因素的要求，空分装置冷箱内的精馏塔、粗氩塔及管道多采用镁铝合金。这就导致铝镁合金在冷箱中大量焊接，焊接难度大，作业空间小，坡口形式复杂，施工时间跨度大等因素。本文对空分设备冷箱铝镁合金管的焊接质量控制进行了研究，重点分析了空分装置铝镁合金焊接的一些预防措施、问题及处理方法。
关键词：空分装置冷箱；铝镁合金；管道焊接；质量控制
1 铝镁合金的焊接特点分析
一般来说，铝镁合金的导热系数和比热是钢的两倍以上，线膨胀系数是钢的近两倍，凝固过程中的收缩率是铁的两倍。铝镁合金的这些特点，使铝镁合金的焊接过程中，要进行适当的预热，同时采用中能量、大功率的焊接设备，以使其具有较大的焊接能量，保证焊接质量。在铝镁合金表面很容易形成难熔的氧化铝膜。其熔点为2050℃，远高于铝镁合金的656℃。它严重阻碍了母材和焊料的良好熔合。如果在焊接过程中不清理，很容易在焊缝金属中产生气孔。由于Alcoa合金在高温下强度和塑性会明显降低，容易产生缺陷，其物理性能也没有明显的由固态到液态的变化，因此在焊接工作中很难掌握温度，因此很有必要控制好焊接操作。而且，镁的沸点很低，温度高时容易蒸发。如果焊接时间过长，焊缝中的镁含量会显著降低，导致焊缝的力学性能下降。
2 空分装置冷箱内美铝合金管道施工工艺控制
2.1焊接材料的选择
2.1.1焊接材料选择 由于镁在焊接过程中易挥发，焊丝中的镁含量高于母材中的镁含量，因此应加强对焊材的管理，防止误用焊丝。焊丝直径必须严格控制，焊接工艺评定、焊接工艺规程和焊接层数，避免焊接应力大、裂纹、气孔等缺陷。使用焊丝前，应清除表面油污和氧化膜
用丙酮等有机溶剂去除油污，用机械方法去除氧化膜。用不锈钢丝刷（定期脱脂）或干净的油砂纸擦洗焊丝表面。焊丝应在处理合格后8小时内进行焊接。
2.1.2氩气的选择
氩气纯度不低于99.99%，氮气含量不超过0.105%，氧气含量不超过0.0031%。根据实际操作情况，氩气的质量对焊缝的气孔和裂纹有一定的影响，质量问题一般发生在输氩管道或焊枪的泄漏或堵塞上。为控制铝镁合金管道一次焊接合格率，空分装置铝氩输送管道采用不锈钢无缝钢管与胶带相结合的方式输送。虽然成本增加了，但焊接一次合格率有了很大提高，这也是空分装置焊接一次合格率，合格率在99%以上。
AZ31B变形镁合金激光-MIG复合焊焊接组织和性能分析
第２８卷 第６期
２００８年ｌ２月 航空材料学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ Ｖｏ１．２８，Ｎｏ．６
Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００８
ＡＺ３１Ｂ变形镁合金激光－ＭＩＧ复合焊焊接组织
和性能分析
谭 兵 ， 陈东高 ， 高 明 ， 冯杰材 ， 王有祁
（１．中国兵器科学研究院宁波分院，浙江宁波３１５１０３；２．华中科技大学，武汉４３００７４）
摘要：采用激光一ＭＩＧ复合焊对１０ｍｍ厚的ＡＺ３１Ｂ变形镁合金进行焊接。利用光学显微镜、扫描电镜、ｘ射线衍射
仪等手段分析了焊接接头的外观和截面特征、显微组织、元素分布、焊缝物相和断口形貌等，并检测了接头区域硬
度和接头强度。试验结果表明：采用激光一ＭＩＧ复合焊能获得成形美观的焊缝，无明显的缺陷；焊缝热影响最大宽度
位于激光区，约为１００￣ｍ，焊缝组织为１５～２５ ｍ的等轴晶粒；相比于母材，焊缝区的镁元素出现烧损，铝和锰元素
的比例有一定增加；焊缝区主要为Ｍｇ，ＡＩ和少量的ＭｇＯ相。焊接接头硬度值较均匀；焊缝抗拉强度达到２２２ＭＰａ，
断口形貌为混合断裂断口。
关键词：激光一ＭＩＧ复合焊；ＡＺ３１Ｂ镁合金；力学性能；微观组织
中图分类号：ＴＧ１４６．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５－５０５３（２００８）０６－００３６－０５
镁合金由于具有比强度高、密度小、易加工、良
好的防震性和耐蚀性等优点，而被广泛的应用于航
天、汽车、摩托车和电子产品中¨ ，成为目前有色金
属研究和发展的主要方向。而焊接是形成结构件的
重要手段，因此对镁合金材料的焊接性研究具有重
大的理论和工程意义。
镁合金具有熔点低、线膨胀系数及导热系数高
的特点，导致镁合金在焊接过程中容易出现氧化燃
烧、裂纹以及热影响区过宽等问题，因此难以获得与
母材性能相匹配的焊接接头，并且这些问题随着所
焊接的板厚增加，变得更加严重。近年来针对镁合
金的连接开展了ＴＩＧ焊 、电子束焊 、激光焊 、
AZ80镁合金搅拌摩擦焊组织分析
16．试验与研究．焊接技术第42卷第3期2叭3年3月
文章编号：1002—025xf2叭3103—0016—04
Az80镁合金搅拌摩擦焊组织分析
李铁龙1，一，杨新岐2，王振山3
(1．运城学院机电工程系，山两运城044000；2．天津大学材料科学与工程学院，天津300072；3．山西闻喜银光镁业有限责任公司．山西闻喜043800)
摘要：探讨了AZ80镁合金搅拌摩擦焊接头不同区受热后的成形过程及组织差异，并对焊核区细分为中心焊核和两边焊核，认为焊核区组织在接头中最小，而下部焊核在中心焊核中，晶粒尺寸最小；热机影响区组织较粗大，且原母材热轧流线已变形；热影响区组织正经历B相溶于d相的趋势，原母材热轧流线基本不变。关键词：AZ80镁合金；搅拌摩擦焊；动态回复；动态再结晶；显微组织中图分类号：TG453．9：TG457文献标志码：B
0前言
镁合金由于密度小、比强度高等优点而被应用
于航天、航空及军工等领域。又因易回收而被誉为
“绿色”工程材料。Mg—Al—Zn系合金是发现最早、
应用较广的合金。该系合金的强化相为Mg。，Al，：，当
训(A1)>7％时，其强化效果很明显…。AZ80变形镁合
金是Mg—Al—Zn系变形镁合金中强度最高的合金，而且性能具有明显的各向异性，挤压变形使得晶粒细化
和织构强化大幅度提高了合金的力学性能|2】。
搅拌摩擦焊属于固态塑性连接．因在焊接过程
中焊缝金属不熔化，可以焊接熔焊方法不佳的铝合
金等材料，而且焊合良好，性能优越『3-5]。由于不产
生与熔化和凝固相关的焊接缺陷，镁合金搅拌摩擦
焊的研究越来越趋于广泛。张华等人在AZ31镁合金
表面镀上薄层铜来研究塑性材料的流动【6l。杨素媛等
对10mm厚板AZ31镁合金搅拌摩擦焊的接头不同
区域的显微组织及硬度试验进行了分析【71。张华等人
对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头的微观组织进行了研
究【8】。芦笙等人对镁合金搅拌摩擦焊温度场及接头组
织形貌特征进行了探讨【9]。ESPARZAJA等对6．4mm厚AZ31B镁合金进行对接【10】。PARKSHC等研究了
铝合金和镁合金的旋转加压半固态钎焊下焊接性分析
，焊．７０接ｅｌｄ
铝合金和镁合金的
旋转加压半固态钎焊下焊接性分析
文／重庆理工大学 蒋龙辉 唐松 豆彪 丁晓娅 麦广满 张成剑 许惠斌
摘 要：本文对铝合金与镁合金材料在旋转加压半固态钎焊下进行研究，在非真空条件下采用含 ＳｎＺｎＡＩ的合金作为钎料，采用自制的半固态旋转加压焊接设备对铝合金与镁合金材料实施焊接。通过 对焊缝金相显微组织和硬度测试试验分析，发现铝合金和镁合金在非真空无钎剂使用情况下，通过旋 转加压钎焊，可实现该异质材料的 台金结合。 关键词：铝合金与镁合金：半固态：旋转：加压：钎焊
＿●●＿－●・ 刖 置 鉴于铝合金与镁合金的性能和应用，把铝 和镁连接起来形成复合结构，发挥两种金属特
有的性能，获得优良的焊接接头就显得十分必 要。这样既可降低结构重量，又可节约材料…。 可见，铝合金与镁合金的连接技术研究就显得
尤为重要。本文通过对６０６１铝合金与ＡｒＺ９ｌＤ镁合 金在半固态旋转加压钎焊的试验研究，探索一
种非真空无钎剂使用下有效连接技术，为Ａ１／Ｍｇ
异种材质连接提供一条有益的技术途径。
１ 实验设备
旋转加压辅助下半固态钎焊焊接设备主要
南旋转加压系统（钻床、气缸、空气压缩机）、
加热控温系统（高频感应加热器、热电偶点焊
机、热电偶控温仪）、焊接夹具（连杆、连接 板）等其它小型零部件组成，如图ｌ所示。
其中铝合金和镁合金的旋转加压半固态钎
焊的焊接示意图如图２所示。
２ 实验材料
Ａ、母材为６０６ｌ 合金和ＡＺ９１Ｉ）镁合金恻
Ｊ一２４现代焊接２０１３－｛ｒｃ－第７期
总第１２７期 半嗣
Ｏ 图２旋转加压焊接示意图 当温度稳定在２８０％时，保温２００ｓ，压力仍然维持
在０．１２ＭＰａ。焊接区：保温２０ 后，迅速进行焊接，
焊接时间１０ｓ，焊接转速为５２０ｒ／ｍｉｎ。冷却区：焊 接后停止焊接，将焊接接头置于空气中冷却至
室温（冷却时压力维持在０．３ＭＰａ）。
③将已经焊上的接头用线切割设备切出金
5A02铝镁合金的焊接
Ｗｒｅｌｄｉｎ￣Ｔｅｃｈｎｏｌｏ￣＇ｖ Ｖｏ１－３９ Ｎｏ．６ Ｊｕ．．２０１０ ・焊工之友・６１
文章编号：１００２—０２５Ｘ（２０１０）０６－００６１—０２
５Ａ０２铝镁合金的焊接
姚宗湘 ，蒋德平 ，孟伟光
（１．重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆４０１３３１；２．中国石油天然气第七建设公司，山东胶州２６６３００）
摘要：５Ａ０２铝镘合金焊接时极易被氧化，焊接变形大，而且容易产生气孔。在焊接过程中，采用Ａｒ气作为保护气体，选用牌号为 ＥＲ５３５６的焊丝．对厚为１４ ｍｍ的铝镁合金板进行焊接试验，并采取相应的工艺措施，通过改善组织，以期获得优质焊接接头。 关键词：５Ａ０２；焊接；氩弧焊 中图分类号：ＴＧ４５７．１ 文献标志码：Ｂ
Ｏ概述
５Ａ０２是一种Ａ１一Ｍｇ系防锈铝合金，主要合金元
素为Ｍｇ，具有良好的成形加工性能、耐蚀性以及焊
接性。某公司用此材料做储罐的接管，管子直径为
５０ｍｍ。为了保证焊接质量，提高生产效率，笔者在
有关规程和标准的指导下，结合生产实际，对厚度
为１４ ｍｍ的５Ａ０２板分别进行了手工钨极氩弧焊 （手工ＴＩＧ焊）和半自动熔化极氩弧焊（半自动ＭＩＧ
焊）试验。
１ ５Ａ０２板的焊接性分析
５Ａ０２的焊接性主要表现为以下几个方面［】］：
（１）铝具有强的氧化能力。铝与氧的亲合力很
强，在空气中极易与氧气结合生成致密而结实的氧化
铝薄膜。
（２）铝的热导率和比热大，导热快。铝及铝合金 的热导率和比热都比钢大得多，为了获得高质量的焊
接接头，必须采用热量集中、功率大的热源。
（３）线膨胀系数大。铝及铝合金的线膨胀系数约
为钢的２倍，凝固时体积收缩率达６．５％ ６．６％。
（４）容易生成气孔。焊接接头中的气孔是铝及铝
合金焊接时极易产生的缺陷，扩散氢是铝及铝合金焊 接时产生气孔的主要原因
（５）铝在高温时强度和塑性低。因此在焊接薄板
时要特别避免焊漏、烧穿等缺陷。
收稿日期：２００９—１２—２６ ２焊接方法的确定及主要特点分析