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镁合金焊接技术的研究及发展
余福庆
（机械学院 材料成型及控制工程 201007110）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。介绍了镁合金的物理特性及应用特点。通过对国内焊接的研究现状及成果进行分析，简述了镁合金的应用情况及其焊接特点，介绍了镁合金的钨极氩弧焊，电子束焊及电阻点焊，搅拌摩擦焊，激光焊等常用的几种焊接方法及其研究。总结了各类焊接方法的特点，并指出镁合金焊接研究中存在的问题，并对镁合金焊接研究及应用进行了展望。
关键词：
镁合金 焊接 研究现状
Research and development of magnesium alloy welding technology
Yu Fuqing Mechanical College Material Forming and Control Engineering 201007110 Abstrac：Magnesium alloy has a broad application prospects in the field of aerospace, automotive, electronics, welding technology has become a key technology for restricting its application.The physical properties of magnesium alloy and application characteristics.Through the analysis of the research status and achievements of domestic welding, briefly the application of its welding characteristics of magnesium alloy, magnesium alloy gas tungsten arc welding, electron beam welding and resistance spot welding, friction stir welding, laser welding etc.several commonly used welding method and its research status.Summarizes the characteristics of the various types of welding methods, and pointed out that the problem exists in the magnesium alloy welding research, and magnesium alloy welding research and application prospects.Key words： magnesium alloy;welding;research status 一，镁合金物理化学特性与焊接特性
镁合金的密度小,约为1178 g/ cm3 ,是铝的2/ 3 ,钢的1/ 4。同时,镁合金还具有高的比强度、比刚度、减震性和导热性,较好的可切削性和可回收性,因而被称为21 世纪的“绿色”工程材料。随着镁合金的冶炼技术不断提高和人们对能源、环保的高度重视,镁合金成为迅速崛起的一种工程材料,采用镁合金结构件可以大大减轻结构重量,降低生产成本。因此它在汽车、摩托车、航空航天等领域具有巨大的应用前景。镁合金作为一种新型高性能结构材料,在实际应用中不可避免地采用连接结构,而焊接无疑是优先选择的连接方法之一。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,使焊接接头的力学性能下降,因此,焊接已成为制约镁合金结构件广泛应用的障碍之一。针对镁合金焊接的特点和难点,应采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度快的高效焊接方法。近些年来出现的新工艺,如 钨极氩弧焊，电子束焊及电阻点焊，搅拌摩擦焊，激光焊等常用的几种焊接方法。
二，镁合金新工艺焊接方法分析及对比钨极氩弧焊
钨极氩弧焊(TIG)是最早用于镁合金材料焊接的方法之一，目前，也是镁合金最常用的焊接方法。由于镁合金的特点，其氩弧焊一般采用交流电源，以去除氧化膜。由于镁合金热膨胀系数大，易产生焊接裂纹、焊后变形等缺陷，需要采用夹具系统固定、坡口预处理、焊前焊后热处理等措施，以保证获得性能良好的焊接接头。镁合金TIG 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镁合金TIG 时存在的熔深浅的缺点。
电子束焊
镁合金因具有较低的熔点、较高的化学活性及高的热导率，镁合金焊件接头强度一般低于母材，因此高能量、焊剂保护及真空环境下进行镁合金的焊接尤为必要。电子束焊(EBW)是一种能量密度高、焊接效果好、适应范围广的焊接方法，焊接过程在真空状态下不受氧气等气体的影响，在真空状态下热损失很小，加热速度快。电子束精确可调，无论是对镁合金薄件还是厚件均可一次焊透。EBW冷却速度快，元素的扩散时间及扩散距离短，相易于形核，焊缝晶粒细小，有利于改善接头性能。与氩弧焊相比，EBW接头的力学性能更高，并且高于母材和其它方法焊接的焊缝，这主要与焊缝区晶粒非常细小，热影响区很窄有关。电阻点焊
电阻点焊(RSW)是汽车生产中最常用的焊接工艺之一，也是镁合金众多连接方法中具有较大潜力的一种。RSW作为一种焊接镁合金薄板的有效焊接方法，开始受到人们的普遍重视。镁合金的点焊工艺与铝合金点焊相似。镁合金RSW接头主要由焊核区和热影响区组成。焊核区含有两种不同的组织结构，焊核中心为等轴晶结构，焊核边沿为胞状-树枝晶结构，焊核区这种组织结构的过渡是由于焊核中心与边沿凝固条件不同所致。焊核区裂纹敏感性较高。热影响区内出现晶界熔化及粗化现象。搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊(FSW)是由英国焊接研究所开发的一种新型固相连接技术，与传统的焊接方法相比，具有优质、高效、低耗、焊接变形小、无污染等特点，在薄板焊接中具有其它焊接方法不可比拟的优势，特别适合于铝、镁等合金结构的连接。由于镁的塑性变形能力差，目前大多数镁合金产品都是铸造件，很少采用锻压、扎制、挤压等方法加工。这使得镁合金的应用受到很大限制，也相应制约了镁合金FSW的研究。
惯性摩擦焊
惯性摩擦焊(通常称摩擦焊)是利用两个工件相互接触并高速旋转, 在接触面上产生大量的摩擦热使其达到锻造温度, 然后施加一个轴向顶锻力而完成两工件的固相连接。金属工件表面的氧化膜和油污会在初始的摩擦中得以去除, 所以不会影响到接头的质量。摩擦焊接中的产热很少, 接头的形成在金属的熔点以下, 属于固相连接, 因此气孔、裂纹等缺陷不易形成。由于摩擦焊操作简单, 生产效率高, 并且可以获得高质量的接头, 由于摩擦焊接过程中接头的形成并非通过金属的熔化而形成, 原理上更接近于扩散, 所以可以焊接异种金属。激光焊接
激光焊接的焊速高, 质量好, 无变形, 无需真空条件, 且容易实现自动化焊接。在焊接过程中,激光束照射到金属表面时, 材料将瞬时汽化并在束流压力和蒸汽压力的共同作用下形成一个细长的小孔, 小孔中的汽化金属被电离并将摄入的能量完全吸收, 然后将热量传递给周围材料使之熔化, 在小孔附近形成熔池。激光焊可以得到极小的熔化区和热影响区并能净化焊缝, 减少焊缝中的内应力、裂纹和气孔等缺陷。激光焊接时, 焊缝的背面成形受热输入和气体保护流量的影响, 在恰当的焊接工艺条件下可以得到很好的表面成型和高质量的接头, 从外观上看, 焊缝连续, 狭窄, 变形很小, 且无表面缺陷。
三，镁合金焊接技术前程展望
在现有的镁合金焊接方法中,传统的TIG焊焊接质量良好,应用范围相当广,适合各种接头的焊接,但由于能量密度不高,熔深比较浅,热影响区较宽,而活性TIG焊则弥补了许多不足,值得深入研究;激光焊热影响区较小,焊缝美观,但易产生气孔,成本较高;搅拌摩擦焊焊缝晶粒细小,接头力学性能优良,但是接头形式受限制,成本较高。在镁合金焊接的研究中,有几方向研究得很少。但很有潜在意义:(1)镁合金的活性TIG焊的研究;(2)镁合金的复合焊研究;(3)镁合金熔焊过程中温度场模型的建立,对凝固过程了解很重要;(4)镁合金搅拌摩擦焊的焊核成型过程模型的建立和完善。（5）镁合金与钢、铝合金等异种金属的焊接问题。
参考文献
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