高性能鎂合金焊接材料關(guān)鍵制備技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用劉迎軍（曾用名劉勝利）（河南維可托鎂合金科技有限公司，河南 焦作 454002）摘 要 針對(duì)鎂合金焊接特點(diǎn)及存在的問(wèn)題，對(duì)鎂合金焊接材料、焊絲制備工藝進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了系列高性能鎂合金焊接材料的工業(yè)化生產(chǎn)，并批量應(yīng)用于航空航天、兵器、汽車(chē)、軌道交通、自行車(chē)、建筑、物流設(shè)備等領(lǐng)域，可以為鎂合金的鎢極惰性氣體保護(hù)焊、熔化極惰性氣體保護(hù)焊、激光焊、鑄件堆焊修復(fù)、電弧熔絲增材制造等提供絲材的成套解決方案。關(guān)鍵詞 鎂合金焊接；鎢極惰性氣體保護(hù)焊；熔化極惰性氣體保護(hù)焊；電弧熔絲增材制造鎂合金具有高的比強(qiáng)度、比剛度，優(yōu)異的導(dǎo)熱、減震和電磁屏蔽性能，良好的可鑄性、機(jī)械加工性和可回收性，在減重和節(jié)能方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，作為輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、兵器、軌道交通、汽車(chē)、建筑、自行車(chē)、民用消費(fèi)類產(chǎn)品等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。鎂合金大量應(yīng)用還有待克服一系列缺點(diǎn)和不足，尤其是由于材料自身的物理特性的原因，其焊接性能差，制約著鎂合金的發(fā)展。焊接技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)重要加工藝, 鎂合金結(jié)構(gòu)件的大量應(yīng)用離不開(kāi)焊接技術(shù)的發(fā)展，但迄今為止獲得可靠的鎂合金焊接工藝難度大，鎂合金結(jié)構(gòu)件焊接以及鎂合金與其他材料結(jié)構(gòu)件之間的焊接成為制約鎂合金應(yīng)用的技術(shù)瓶頸和亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。1 鎂合金熔焊冶金過(guò)程與焊接方法當(dāng)前，有關(guān)鎂合金焊接材料、焊接冶金、焊接工藝以及焊接接頭測(cè)試等方面的研究和應(yīng)用都還處于初級(jí)階段，雖然近幾年來(lái)取得了一些進(jìn)展，但在鎂合金焊接過(guò)程中仍存在很多亟待解決的問(wèn)題，包括：提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度、發(fā)展的熔化極焊接、鎂合金與其他金屬的異種焊接等方面。因此深人開(kāi)展相關(guān)技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)鎂合金焊接材料的系列化、焊接工藝的規(guī)范化、焊接設(shè)備以及焊接質(zhì)量檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化尤為重要和迫切。1.1 鎂合金熔焊的冶金過(guò)程熔焊，又叫熔化焊，是指焊接過(guò)程中，將聯(lián)接處的金屬在高溫等作用下加熱至熔化狀態(tài)而完成的焊接方法。在焊接接頭處，熔化的熔體在溫度場(chǎng)、重力等作用下發(fā)生混合，并發(fā)生較為復(fù)雜的冶金現(xiàn)象。由于伴隨焊接過(guò)程的進(jìn)行，將產(chǎn)生高溫相變過(guò)程，在焊接區(qū)域就會(huì)形成熱影響區(qū)（HAZ）。鎂合金熔化焊的母材是局部加熱的，存在著溫度高，熱影響區(qū)大，焊后變形大、殘余應(yīng)力大等共性問(wèn)題。在熔焊過(guò)程中，熔池中因合金元素不同還會(huì)發(fā)生各種復(fù)雜的冶金反應(yīng)。由于鎂的物理性能與鋁有很大的不同，因此無(wú)法將鋁合金焊接的相關(guān)知識(shí)直接移植到鎂合金中。鎂合金的熔化區(qū)間相對(duì)較寬（約為 420–620℃），由于有低熔點(diǎn)共晶相的存在，該處產(chǎn)生熱裂的傾向很大。與鋁合金相比，熔化相同體積的鎂合金僅需60%的能量，由于導(dǎo)熱率低，焊接所需的能量則更少，為所需能量的1/3。另外，鎂合金的汽化溫度約1100℃，只有鋁合金的一半，在某一溫度焊接時(shí)鎂的蒸發(fā)壓力遠(yuǎn)高于鋁。鎂的這些特性使填充金屬在加熱熔化過(guò)程中容易產(chǎn)生嚴(yán)重的飛濺。而且鎂合金的熱膨脹系數(shù)是低碳鋼的兩倍多，比鋁合金高10%左右，焊接時(shí)極易產(chǎn)生焊接變形，因此焊件要提供足夠的夾持。由于鎂的物理特性，鎂合金熔化焊接頭易產(chǎn)生裂紋、氣孔、固體夾雜、元素?zé)龘p等缺陷。焊接裂紋一類是焊接熱裂紋，另一類是凝固收縮裂紋；而固體夾雜一類是熔池內(nèi)焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的非金屬夾雜物，另一類是由外界帶入的夾雜物。1.2 鎂合金熔焊工藝及特點(diǎn)研究和實(shí)踐證明，鎂合金部件可通過(guò)多種焊接方法連接，包括：鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）熔化極惰性氣體保護(hù)焊（MIG）、激光焊（LBW）、等離子弧焊（PAW）、電子束焊（EBW）、電阻點(diǎn)焊（RSW）、電磁脈沖焊（MPW）、擴(kuò)散焊（DFW）、攪拌摩擦焊（FSW）以及激光復(fù)合焊等，這里僅敘述鎂合金熔化焊的的方法及其特點(diǎn)。采用TiG焊接鎂合金時(shí)，母材表層的氧化物有穩(wěn)定電弧的作用，因此在焊前不要立即去除氧化層。在焊接時(shí)，為了達(dá)到即可破壞母材表面氧化層而又不使鎢電極過(guò)熱的目的，鎂合金TIG焊交流焊。鎂合金TIG焊可通過(guò)控制保護(hù)氣體中氦氣比例控制熔深，通過(guò)調(diào)整焊接參數(shù)，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到母材的80-90%。綜合而言，鎂合金TIG焊具有焊接速度低、熱影響區(qū)寬、焊接應(yīng)力大以及蒸發(fā)嚴(yán)重等缺點(diǎn)。 鎂合金和鋁合金的MIG焊有顯著區(qū)別，主要表現(xiàn)在輸入到填充金屬的熱量有很大的不同。對(duì)于鎂合金而言，熱量輸入的溫度區(qū)間非常小(700~900°C)，如果填充金屬的溫度超過(guò)900°C，則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的飛濺損失(> 50%)。因此，輸入到填充金屬的熱量必須非常低而且要精確。雖然延長(zhǎng)短路電弧的時(shí)間間隔可以實(shí)現(xiàn)低熱量輸入，但在填充金屬的易出現(xiàn)大量熔滴，從而無(wú)法保證焊縫具有足夠的熔深。為了獲得更好的焊縫熔深，必須使用脈沖電弧焊，而能夠形成觸發(fā)短路電弧或脈沖疊加短路電弧、具有短路控制功能的脈沖電弧焊機(jī)可以初始化電流的增加和減小，從而可以有效控制熱量輸入，進(jìn)而達(dá)到減少飛濺的目的。MIG焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到母材的80%以上，甚至接近母材的強(qiáng)度，而焊接接頭的疲勞強(qiáng)度可達(dá)到母材的75%左右。高能束焊（包括：激光焊、等離子弧焊和電子束焊）具有能量密度高、功率輸入低以及冷卻快等特點(diǎn)，焊接時(shí)易獲得深的穿透、小的HAZ和細(xì)小的微觀組織。通過(guò)優(yōu)化參數(shù)，可以獲得無(wú)裂紋、無(wú)氣孔、外觀令人滿意的精細(xì)焊縫，而且大部分焊縫的抗拉強(qiáng)度接近于母材。高能束焊的特點(diǎn)是高能束和材料表面之間的相互作用區(qū)很窄，因此自動(dòng)化和過(guò)程控制潛力很大，是特別適合鎂合金焊接的方法。與MIG焊相比，高能束焊并不復(fù)雜，但當(dāng)使用填充金屬時(shí)，良好的焊接效果取決于填充金屬的進(jìn)給以及高能束、填充金屬和母材之間的協(xié)調(diào)。實(shí)踐證明，由于激光和電弧相互有益的作用，激光焊與TIG可以結(jié)合在一起，稱為混合激光-TIG焊，可以提高焊接熔深、焊接速度和焊縫質(zhì)量，這種方法適用于鎂合金的高質(zhì)量焊接。2 鎂合金焊接填充材料及其制備關(guān)鍵技術(shù)Al、Zn、Th、RE是鎂合金中的主要合金元素，含鋁的三元合金主要包括：AZ系（Mg-Al-Zn）、AM系（Mg-Al-Mn）以及AS系（Ag-Al-Si），另外還有含Mn和含Zr的三元合金。在合金化元素中，單獨(dú)或一起加入的Al和Zn主要用于普通合金，而RE和Th則主要用于耐熱合金。針對(duì)不同種類的鎂合金，鎂合金焊接材料的設(shè)計(jì)和制備要充分考慮鎂合金自身的物理特性、熔焊的冶金特點(diǎn)、成型加工工藝以及所采用的焊接方法。2.1 鎂合金焊接材料制備技術(shù)為了滿足鎂合金焊材規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)的需求，材料制備方面的工作主要集中在熔體處理、在線檢測(cè)、微量元素控制等方面：（1）變質(zhì)細(xì)化處理技術(shù)：采用合成法制備出含有金屬間化合物的系列變質(zhì)細(xì)化添加劑（例如C、稀土元素），與當(dāng)前溶劑類、中間合金類變質(zhì)細(xì)化劑相比，具有無(wú)污染、添加量少、工藝可控性好等優(yōu)點(diǎn)，是制備晶粒細(xì)小、組織均勻、高質(zhì)量合金坯料的理想選擇。在實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)熔體變質(zhì)處理及新型鑄造結(jié)晶器的應(yīng)用，半連鑄坯料宏觀晶粒度可控制在80μm以下。（2）熔體精煉技術(shù)：開(kāi)發(fā)出熔體復(fù)合處理技術(shù)，通過(guò)批量生產(chǎn)跟蹤分析（氯離子含量、斷面白度值、鹽霧試驗(yàn)、力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)）可知，該技術(shù)能夠滿足批量生產(chǎn)條件下有效控制材料純度的需求。另外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在材料純度在線檢測(cè)方面取得進(jìn)展。需要特別注意的是，鎂合金當(dāng)前采用無(wú)熔劑熔煉難度比較大，大多數(shù)情況仍然需使用熔劑精煉。熔劑精煉首先要選擇合適的熔劑，另外還要考慮熔劑加入合金熔體后要有良好的分散性以及控制熔劑加入量等方面的內(nèi)容，這樣就可以大限度地減少熔劑夾雜或Cl-1含量。由于富鋯氯化物雜質(zhì)不能被一般熔劑完全去除，所以Mg-Zr合金不適于采用Mg-Al合金推薦的熔劑。為防止殘留在熔體中微粒傳輸?shù)借T造產(chǎn)品中，Mg-Zr合金應(yīng)采用專門(mén)配置的高密度熔劑，并在精煉時(shí)要加強(qiáng)攪拌。另外，需要注意的是，含鋯鎂合金要著重去除熔體中的氫。在熔煉Mg-Al-(堿土金屬)、Mg-Mn和Mg-RE類合金時(shí)，使用2號(hào)熔劑或5號(hào)熔劑易出現(xiàn)熔劑夾渣，應(yīng)盡量避免使用。在熔化含有Y、Ce、La、Nd、Th的鎂合金時(shí)，由于在熔劑覆蓋下熔化時(shí)貴重的Y及Ce損失很多，為減少損失推薦使用無(wú)氯化物熔劑，或采用無(wú)熔劑熔煉。以此為基礎(chǔ)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出適用于不同種類合金、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的精煉熔劑，這也是獲得優(yōu)質(zhì)鎂合金材料的關(guān)鍵因素之一。（3）微量雜質(zhì)元素控制：在合金制備過(guò)程中，微量雜質(zhì)元素的爐前控制對(duì)于鎂合金焊材是必不可少的手段。通過(guò)特殊處理手段，可對(duì)鎂合金熔體中的微量雜質(zhì)元素進(jìn)行有效控制。在Mg-Zr合金中，做到了盡量減少與鋯形成穩(wěn)定高熔點(diǎn)化合物的金屬元素，包括：Al、Si、Fe、Ni、Mn、Sn、Co 和 Pb，尤其是Al、Si、Mn；在Mg-RE合金中，則使Fe、Si和Al等雜質(zhì)小化。（4）提高材料的熔焊性能及擠壓加工性能：鎂是一種十分活潑的金屬，在熔焊時(shí)極易產(chǎn)生氧化、燃燒或飛濺。開(kāi)發(fā)鎂合金焊接材料除了考慮對(duì)常規(guī)合金元素?zé)龘p補(bǔ)償之外，還要添加微量的Ca、Be或稀土等元素，以提高合金的熔焊性能，從而達(dá)到穩(wěn)定熔焊工藝的目的。另外，在不同合金中添加微量的Ce、Sr、Y、Gd、Nd等元素，可以改善其塑性及擠壓性能。總之，鎂合金焊接材料的批量生產(chǎn)和應(yīng)用得益于企業(yè)在冶金控制、微量元素控制、微小夾雜物控制以及半連鑄坯料晶粒度控制等方面的進(jìn)步。2.2 鎂合金焊接材料成形加工（1）擠壓：將表面微晶化處理技術(shù)、激光表面處理技術(shù)以及硬質(zhì)合金應(yīng)用于鎂合金擠壓模具，采用一模多出技術(shù)、等溫?cái)D壓技術(shù)，生產(chǎn)出圓整度高、表面質(zhì)量良好的高質(zhì)量鎂合金絲材，見(jiàn)圖1。其中，Ф1.0和Ф1.2的盤(pán)絲實(shí)現(xiàn)了整絲成形沒(méi)有接口，可以滿足MIG自動(dòng)焊和電弧熔絲增材制造連續(xù)性生產(chǎn)的要求。（2）表面處理：采用自主開(kāi)發(fā)的環(huán)保型表面處理工藝，將鎂合金焊接材料制品處理至用戶要求。2.3 產(chǎn)品系列化和標(biāo)準(zhǔn)化迄今為止，不同牌號(hào)的鎂合金焊接用絲材已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化生產(chǎn)，可以滿足不同熔焊工藝的要求。與此同時(shí)，也專門(mén)開(kāi)發(fā)出應(yīng)用于大型鎂合金鑄件修復(fù)、高強(qiáng)韌鎂合金電弧熔絲增材制造等特殊領(lǐng)域的系列產(chǎn)品，見(jiàn)圖2。另外，異質(zhì)材料焊接用材料也正在開(kāi)發(fā)之中。 圖1 鎂合金絲擠壓生產(chǎn)    圖2 各種規(guī)格的鎂合金焊絲以大量工作為基礎(chǔ)，針對(duì)鎂合金焊接用材料制定出系列操作規(guī)范和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括：鎂合金熔體處理規(guī)范、特種熔劑標(biāo)準(zhǔn)、爐前檢測(cè)規(guī)范、半連續(xù)鑄錠標(biāo)準(zhǔn)、鎂合金擠壓操作規(guī)范、鎂合金熱處理規(guī)范及鎂合金絲材產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等。為了進(jìn)一步開(kāi)拓市場(chǎng)和滿足未來(lái)大批量生產(chǎn)的要求，質(zhì)量管理體系的建立和完善也同時(shí)提到議事日程上來(lái)。3 市場(chǎng)推廣和應(yīng)用利用自主開(kāi)發(fā)的高性能鎂合金材料及絲材制備成套技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鎂合金焊絲以及電弧增材用高強(qiáng)韌鎂合金絲工業(yè)化生產(chǎn)。高性能鎂合金焊絲系列產(chǎn)品已應(yīng)用于不同領(lǐng)域的數(shù)百家企業(yè)；電弧增材用高強(qiáng)韌鎂合金絲系列產(chǎn)品已應(yīng)用于上海精密機(jī)械研究所、航天二院、航天四院、中船重工以及30余家985/211高校研發(fā)團(tuán)隊(duì)，獲得廣泛認(rèn)可，見(jiàn)圖3~圖7。 圖3 AZ61擠壓板激光填絲焊 圖4 鎂合金擠壓車(chē)架（左）和壓鑄車(chē)架的焊接                                                                                                                                            圖5 某航空器的焊接及修復(fù)                                圖6 出口俄羅斯的鎂基復(fù)合材料焊絲   圖7 衛(wèi)星部件CMT增材制造 4 結(jié)束語(yǔ)隨著技術(shù)和價(jià)格瓶頸的不斷突破，鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域及市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大，我國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)也必將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。在此形勢(shì)下，我們?cè)阪V合金焊接材料及鎂合金增材制造領(lǐng)域要加強(qiáng)各種資源的有效整合，讓技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用創(chuàng)新深度融合，鍛造“國(guó)之利器”，為解決鎂行業(yè)發(fā)展所面臨的重大挑戰(zhàn)發(fā)揮重要作用。  

發(fā)布日期：2022-09-19

　　鎂合金焊絲：　　特性　　特種鎂合金焊絲，適用于氣焊和TIG氬弧焊各種鍛造鎂合金，鑄造鎂合金的焊接，對(duì)于常見(jiàn)鎂合金具有很好的抗裂性能，焊層可以適宜于熱處理。　　應(yīng)用　　鎂合金焊絲用于各種鍛壓鎂合金及鑄造鎂合金，廣泛應(yīng)用于光學(xué)儀器 ，航空航天，汽車(chē)配件及民用鎂制品和工藝品的焊接，是用于焊修鎂合金斷裂，裂紋，沙眼氣孔的專用鎂合金焊絲.　　產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)　　優(yōu)點(diǎn)：①密度小，比鋁輕1/3，其比強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度與密度之比值）較鋁合金高；②疲勞極限高；③能比鋁合金承受較大的沖擊載荷；④導(dǎo)熱性好；⑤鑄造性能好；⑥尺寸穩(wěn)定性好；⑦易回收；⑧有良好的切削加工性；⑧有較好的減振性能；⑩在諸多方面比工程塑料優(yōu)越，可替代工程塑料；@在煤油、汽油、礦物油和堿類中的耐蝕性較高等。

發(fā)布日期：2022-07-12

　　一般來(lái)說(shuō) ,鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊 ( GTAW ΠTIG) 和熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊 ( GMAW Π MIG) 是鎂合金常用的焊接方法。此外鎂合金還可以采用電阻點(diǎn)焊(RSW) 、摩擦焊 ( FW) 、攪拌摩擦焊 ( FSW) 、激光焊(LBW) 、電子束焊 ( EBW) 等工藝進(jìn)行焊接。由于鎂的比熱容和熔化潛熱小 ,因此焊接時(shí)要求的輸入熱量少而焊接速度高。大多數(shù)情況下 ,鎂合金件可采用熔化焊 ,如電弧焊、激光焊、電子束焊和氣焊等方法進(jìn)行焊接。　　焊接背景編輯　　由于鎂和鎂合金的焊接性能不好，所以，近年來(lái)，分別采用鎢極氬弧焊、激光焊、激光一氬弧復(fù)合熱源焊接，使其變形成鎂合金AZ 31B，系統(tǒng)分析焊接接頭的組織及性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氬弧焊的焊縫表面成型較好，但接頭深寬比小、熱影響區(qū)寬且組織晶粒粗大，試樣的抗拉強(qiáng)度較低；激光焊接頭深寬比大、幾乎不存在熱影區(qū)、組織晶粒細(xì)小、基本無(wú)焊接變形，試樣的抗拉強(qiáng)度較高；激光一氬弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)焊縫的表面成型接近氬弧焊，其深寬比及組織晶粒度接近于激光焊，且焊接變形小，接頭強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度接近母材。激光一氬弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)充分利用了激光和電弧相互作用的優(yōu)勢(shì)，克服了二者的不足，無(wú)論是在接頭質(zhì)量，還是在生產(chǎn)效率上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是一種高質(zhì)的鎂合金焊接工藝。　　鎂合金焊接性編輯　　由于鎂合金具有密度和熔點(diǎn)低 ,熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率及熱膨脹系數(shù)大 ,化學(xué)活性強(qiáng) ,易氧化且氧化物的熔　　點(diǎn)高等特點(diǎn) ,使鎂合金的焊接必須解決以下一系列問(wèn)題 :　　(1) 粗晶 　鎂的熔點(diǎn)低 ,熱導(dǎo)率高 ,焊接時(shí)需采用大功率的焊接熱源 ,焊縫及近縫區(qū)易產(chǎn)生過(guò)熱、晶粒長(zhǎng)大、結(jié)晶偏析等現(xiàn)象 ,降低了接頭性能。　　(2) 氧化與蒸發(fā) 　鎂的氧化性極強(qiáng) ,易同氧結(jié)合 , 在 焊 接 過(guò) 程 中 易 形 成 MgO , MgO 熔 點(diǎn) 高(2 500 ℃),密度大 (3. 2 g Π cm- 3) ,易在焊縫中形成細(xì)小片狀固態(tài)夾渣 ,不僅嚴(yán)重阻礙焊縫成形 ,也降低焊縫性能。鎂在焊接高溫下 ,還易與空氣中的氮化合生成鎂的氮化物 ,氮化鎂夾渣也會(huì)導(dǎo)致焊縫金屬的塑性 下 降 , 使 接 頭 性 能 變 壞。鎂 的 沸 點(diǎn) 不 高 ( 1100 ℃),在電弧高溫下很易蒸發(fā)。　　(3) 薄件的燒穿與塌陷 　在焊接薄件時(shí) ,由于鎂合金熔點(diǎn)較低 ,而氧化鎂的熔點(diǎn)很高 ,兩者不易熔合 ,焊接操作時(shí)難以觀察焊縫的熔化過(guò)程。溫度升高 ,熔池的顏色也沒(méi)有顯著變化 ,極易產(chǎn)生燒穿和塌陷現(xiàn)象。　　(4) 熱應(yīng)力和裂紋 　鎂及鎂合金熱膨脹系數(shù)較大 ,約為鋼的 2 倍 ,鋁的 1. 2 倍 ,在焊接過(guò)程中易引起較大的焊接應(yīng)力與變形。鎂易與一些合金元素(如 Cu、Al 、Ni 等) 形成低熔點(diǎn)共晶體 (如 Mg - Cu 共晶點(diǎn)溫度為 480 ℃,Mg- Al 共晶點(diǎn)溫度為 430 ℃,Mg-Ni 共晶點(diǎn)溫度為 508 ℃),脆性溫度區(qū)間較寬 ,易形成熱裂紋。研究發(fā)現(xiàn) ,當(dāng) w (Zn) > 1 %時(shí)會(huì)提高熱脆性 ,并可能導(dǎo)致焊接裂紋。在鎂中加入 w (Al) ≤10 % ,可細(xì)化焊縫晶粒 ,改善焊接性。含少量 Th 的鎂合金具有良好的焊接性 ,無(wú)裂紋傾向。　　(5) 氣孔 　焊鎂時(shí)易產(chǎn)生氫氣孔 ,氫在鎂中的溶解度也是隨溫度的降低而急劇減小。　　(6) 鎂及其合金在空氣環(huán)境下焊接時(shí)易氧化燃燒 ,熔焊時(shí)需用惰性氣體或焊劑保護(hù)。　　鎂合金的焊接方法與工藝要素　　一般來(lái)說(shuō) ,鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊 ( GTAW ΠTIG) 和熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊 (GMAW Π MIG) 是鎂合金常用的焊接方法。此外鎂合金還可以采用電阻點(diǎn)焊(RSW) 、摩擦焊 ( FW) 、攪拌摩擦焊 ( FSW) 、激光焊(LBW) 、電子束焊 ( EBW) 等工藝進(jìn)行焊接。由于鎂的比熱容和熔化潛熱小 ,因此焊接時(shí)要求的輸　　入熱量少而焊接速度高。大多數(shù)情況下 ,鎂合金件可采用熔化焊 ,如電弧焊、激光焊、電子束焊和氣焊等方法進(jìn)行焊接。　　熔化焊編輯　　熔化焊是在被連接構(gòu)件的接頭區(qū)局部加熱使之熔化 ,多數(shù)情況下還需加入填充金屬 ,冷凝后形成接頭。按照熱源形式不同 ,主要有電弧焊、氣焊、電子束焊、激光焊、電渣焊等幾種。這幾種方法中除電渣焊外都可用于鎂合金的焊接。　　電弧焊編輯　　鎂和氧的親和力大 ,且空氣中的 N 2 和 CO 2 也容易與鎂反應(yīng)生成氮化物、碳化物而導(dǎo)致接頭力學(xué)性　　能下降 ,因而傳統(tǒng)的無(wú)氣體保護(hù)電弧焊不適合焊接鎂合金。為了保證焊縫質(zhì)量 ,焊接鎂合金時(shí)必須采用氬氣等惰性氣體保護(hù) ,避免熔池與空氣 (尤其是氧) 接觸。鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊是用于鎂合　　金焊接的主要電弧焊方法。　　1、鎂合金鎢極氬弧焊　　鎢極氬弧焊是目前焊接鎂合金常用的焊接方法 ,它是在惰性氣體的保護(hù)下 ,利用電弧熱熔化母材和填充金屬。直流電源焊接時(shí)要采用反極性接法 ,以便利用陰極霧化作用破壞、除去母材表面上的氧化膜 ,減少或避免焊縫中的氧化物夾雜。氬弧焊的熱影響區(qū)尺寸及變形比較小 ,焊縫的力學(xué)性能和耐腐蝕性能也比較高。TIG焊方法在有無(wú)填充金屬的情況下都可以進(jìn)行鎂合金的焊接 ,由于電極與填充絲獨(dú)立 ,能克服MIG方法焊接規(guī)范范圍窄的缺點(diǎn) ,可以在較寬的工藝條件下進(jìn)行穩(wěn)定焊接 ,所以 TIG 焊在鎂合金的焊接方面比 MIG應(yīng)用更廣 ,特別適合于鎂合金薄板的焊接。但是由于鎂合金熱膨脹系數(shù)大 ,易產(chǎn)生焊接裂紋、焊后變形等缺陷 ,因此需要采用夾具固定、坡口處理、焊前焊后熱處理等措施 ,以保證獲得完整的焊接 接 頭。研 究 發(fā) 現(xiàn) , 采 用 交 流 TIG 方 法 焊 接AZ31B 鎂合金薄板后主要存在波浪變形、焊后錯(cuò)邊、焊瘤、表面“麻點(diǎn)”現(xiàn)象和弧坑裂紋等缺陷 ,通過(guò)調(diào)整焊接順序 ,采用大電流、快速焊和剛性固定等措施可以獲得較好的焊接接頭 ,接頭強(qiáng)度可以達(dá)到母材的80 %以上。對(duì)于鎂合金厚板的焊接 ,為了獲得較大的熔深 ,很多研究都集中于活性鎢極氬弧焊 (A 2 TIG) 。這種方法是焊前在待焊材料表面涂敷單一活性劑 TiO 2 或氯化物 (LiCl ,CaCl 2,CdCl 2 , PbCl 2 ,CeCl 3 ) ,然后施焊 ,可以使焊縫熔深比常規(guī) TIG 焊增加 2 倍 ,接頭的微觀組織與未涂敷時(shí)沒(méi)有明顯區(qū)別 ,焊縫熔合良好 ,沒(méi)有裂縫、氣孔、夾渣等缺陷。其原理是添加活性劑可提高電弧電壓和電弧溫度 ,而且在焊接方向上增加了電弧寬度 ,使得焊接過(guò)程中在增大熱輸入的同時(shí)伴隨著熱流的重新分布。鎂合金 TIG焊一般用交流焊機(jī)或電流強(qiáng)度連續(xù)可調(diào)的直流焊機(jī) ,其選擇主要取決于母材合金成分、板料厚度及反面有無(wú)墊板等。焊接薄板時(shí) ,可采用交流或 DCEP 電源 ;焊接厚度大于 4 1 8 mm 的鎂合金時(shí) ,交流焊機(jī)因熔深較大而占優(yōu)勢(shì)。此外 ,采用交流焊時(shí)一般需疊加高頻脈沖電流以便穩(wěn)弧 ,但若采用方波交流電 ,則無(wú)需疊加高頻電流 ,且可產(chǎn)生較強(qiáng)的陰極霧化作用。電極的選擇主要取決于所用電源類型和焊接電流大小 ,一般來(lái)說(shuō) ,Φ0. 25 mm～6. 35 mm的純鎢極、鋯鎢極和釷鎢極常被用于 TIG焊接。　　2、熔化極氬弧焊鎂合金的 MIG 焊接方法具有以下特點(diǎn) : ①與TIG焊相比 ,焊接速度快 ,生產(chǎn)率高 ,全自動(dòng)焊速度高達(dá) 1 m Π min 左右 ; ②由于以焊絲作電極 ,適宜的焊接規(guī)范較窄 ; ③由于熔融鎂的表面張力小 ,電極絲前端的熔滴難以脫離且焊接電流過(guò)高時(shí)熔滴爆炸蒸發(fā)造成飛濺 ; ④由于電極絲軟 ,送絲穩(wěn)定性差 ,在焊接過(guò)程中要采用推拉方式的特殊送絲裝置 ; ⑤市場(chǎng)上直徑小于 1. 6 mm 的焊絲很少有貨 ,對(duì)于焊接厚度小于2 mm 的工件 ,難以找到適配焊絲 鎂合金 MIG焊時(shí)可以有三種熔滴過(guò)渡形式 :短路過(guò)渡、脈沖噴射過(guò)渡和噴射過(guò)渡。焊接時(shí)出現(xiàn)哪種過(guò)渡形式取決于多方面因素 ,包括焊絲的熔化速度、焊接電流、送絲速度以及焊絲直徑等。其中 ,脈沖噴射過(guò)渡介于短路過(guò)渡和噴射過(guò)渡之間 ,需加脈沖電流才能實(shí)現(xiàn)。否則在特定的電流范圍、送絲速度以及焊絲球形端面條件下得到的是粗滴過(guò)渡形式 ,電弧不穩(wěn)定 ,易產(chǎn)生飛濺。脈沖噴射過(guò)渡所需線能量小于連續(xù)噴射過(guò)渡的 ,適用于中等厚度板材 ;短路過(guò)渡適用于薄板焊接 ;噴射厚度適用于厚板焊接。鎂合金的 MIG 電弧焊通常采用 DCEP 電源 ,恒壓源可用于短路過(guò)渡和大部分的噴射過(guò)渡 ;恒流源用于噴射過(guò)渡 ,有利于減少飛濺。而脈沖 MIG 電弧焊必須采用特殊的脈沖電流恒壓源。有研究表明 ,選用合適的焊接電源和熱輸入 ,鎂合金接頭的靜載強(qiáng)度可以近似等于母材的強(qiáng)度 ,去掉焊縫余高后 ,疲勞強(qiáng)度比母材的高 75 %　　2.1、熔化極和非熔化極氬弧焊焊絲選擇　　WE-33M鎂合金焊絲是由美國(guó)R&D工業(yè)公司1987年研發(fā)，用于解決各種變形鎂合金及鑄造鎂合金在維修中的運(yùn)用，2010年由威歐丁（天津）焊接技術(shù)有限公司引進(jìn)中國(guó)大陸，主要用于解決常見(jiàn)的AZ31,AZ61,ZA91,AZ93等鎂合金的焊接，多用于廚具，汽車(chē)配件，自行車(chē)，航空航天等領(lǐng)域。　　WE-33M鎂合金焊絲適用于氣焊和TIG氬弧焊各種鍛造鎂合金，鑄造鎂合金的焊接，對(duì)于常見(jiàn)鎂合金具有很好的抗裂性能，焊層可以適宜于熱處理。　　WE-33M用于各種鍛壓鎂合金及鑄造鎂合金，廣泛應(yīng)用于光學(xué)儀器 ，航空航天，汽車(chē)配件及民用鎂制品和工藝品的焊接，是用于焊修鎂合金斷裂，裂紋，沙眼氣孔的專用鎂合金焊絲.　　2.2鎂合金氬弧焊安全規(guī)程　　1）焊接工作場(chǎng)地必須備有防火設(shè)備，如砂箱、滅火器、消防栓、水桶等。易燃物品距離焊接場(chǎng)所不得小于5m。若無(wú)法滿足規(guī)定距離時(shí)，可用石棉板、石棉布等妥善覆蓋，防止火星落入易燃物品。易爆物品距離焊接所不得小于10m。氬弧焊工作場(chǎng)地要有良好的自然通風(fēng)和固定的機(jī)械通風(fēng)裝置，減少氬弧焊有害氣體和金屬粉塵的危害。　　2）手工鎢極氬弧焊機(jī)應(yīng)放置在干燥通風(fēng)處，嚴(yán)格按照使用說(shuō)明書(shū)操作。使用前應(yīng)對(duì)焊機(jī)進(jìn)行檢查。確定沒(méi)有隱患，再接通電源。空載運(yùn)行正常后方可施焊。保證焊機(jī)接線正確，必須良好、牢固接地以保障安全。焊機(jī)電源的通、斷由電源板上的開(kāi)關(guān)控制，嚴(yán)禁負(fù)載扳動(dòng)開(kāi)關(guān)，以免形狀觸頭燒損。　　3）應(yīng)經(jīng)常檢查氬弧焊槍冷卻水系統(tǒng)的工作情況，發(fā)現(xiàn)堵塞或泄漏時(shí)應(yīng)即刻解決，防止燒壞焊槍和影響焊接質(zhì)量。　　4）焊人員離開(kāi)工作場(chǎng)所或焊機(jī)不使用時(shí)，必須切斷電源。若焊機(jī)發(fā)生故障，應(yīng)由技術(shù)人員進(jìn)行維修，檢修時(shí)應(yīng)作好防電擊等安全措施。焊機(jī)應(yīng)至少每年除塵清潔一次。　　5）鎢極氬弧焊機(jī)高頻振蕩器產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)會(huì)使人產(chǎn)生一定的頭暈、疲乏。因此焊接時(shí)應(yīng)盡量減少高頻電磁場(chǎng)作用的時(shí)間，引燃電弧后立即切斷高頻電源。焊槍和焊接電纜外應(yīng)用軟金屬編織線屏蔽（軟管一端接在焊槍上，另一端接地，外面不包絕緣）。如有條件，應(yīng)盡量采用晶體脈沖引弧取代高頻引弧。　　6）氬弧焊時(shí)，紫外線強(qiáng)度很大，易引起電光性眼炎、電弧灼傷，同時(shí)產(chǎn)生臭氧和氮氧化合物刺激呼吸道。因此，焊工操作時(shí)應(yīng)穿白帆布工作服，戴好口罩、面罩及防護(hù)手套、腳蓋等。為了防止觸電，應(yīng)在工作臺(tái)附近地面覆蓋絕緣橡皮，工作人員應(yīng)穿絕緣膠鞋。　　3、等離子弧焊　　等離子弧是一種受到約束的非自由電弧 ,也稱壓縮電弧 ,其溫度和能量密度都顯著高于普通電弧的 ,穿透力較強(qiáng) ,適合于厚板與弧長(zhǎng)要求較大的場(chǎng)合。采用等離子弧焊焊接鎂合金時(shí) ,可以在背面無(wú)墊板的情況下實(shí)現(xiàn)厚板對(duì)接的一次全焊透 ,且焊縫表面光滑 ,表現(xiàn)出良好的疲勞力學(xué)性能。有研究表明鎂合金變極性等離子弧焊的可調(diào)焊接參數(shù)區(qū)間比較窄 ,且參數(shù)變化的影響較大。改變正負(fù)極性的時(shí)寬比 ,工件的陰極清理作用會(huì)發(fā)生變化 ,從而對(duì)接頭的抗拉強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響。通過(guò)合理選擇焊接參數(shù) ,可以獲得理想的焊接效果 ,接頭強(qiáng)度達(dá)到母材的 90 %以上。　　氣焊編輯　　氣焊的熱源是火焰 (氧2燃?xì)饣旌先紵纬? ,熱量不集中 ,焊件被加熱區(qū)較寬 ,容易在接頭區(qū)導(dǎo)致較大的收縮應(yīng)力 ,形成裂紋等缺陷。同時(shí)殘留在焊縫中的助焊劑容易產(chǎn)生夾渣和發(fā)生腐蝕 ,因而氣焊主要用于沒(méi)有合適熔焊設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)或不太重要的薄板構(gòu)件以及鑄件的焊補(bǔ)。鎂及鎂合金氣焊可選用 QJ401 助焊劑 ,試驗(yàn)表明 ,該熔劑工藝性尚好 ,但對(duì)鎂的腐蝕性強(qiáng) ,焊后應(yīng)徹底清理干凈。厚度小于 3 mm 的鎂合金件焊接時(shí) ,氣焊焊炬和焊絲應(yīng)作縱向運(yùn)動(dòng) ,不宜采用橫向擺動(dòng)。焊件厚度較大時(shí) ,允許氣焊焊炬和焊絲略作橫向擺動(dòng)。對(duì)于厚度大于 5 mm 的焊件 ,應(yīng)整體或局部預(yù)熱至 300 ℃～400 ℃后再進(jìn)行焊接 ;厚度大于 12 mm時(shí)可采用多層焊 ,一般在焊下一層之前應(yīng)先用細(xì)黃銅絲刷清除焊渣。焊接過(guò)程中可用焊絲不斷地?cái)噭?dòng)熔池 ,以破壞熔池表面上的氧化膜 ,并將焊渣引出熔池外。　　高能束焊編輯　　(1) 電子束焊　　電子束的能量密度高 ,穿透力很強(qiáng) ,具有焊接速度快 ,熱輸入少 ,焊道寬度及熱影響區(qū)窄 ,焊道熔深大 ,變形小 ,焊縫純潔度高等優(yōu)點(diǎn)。焊接鎂合金時(shí)在電子束下方會(huì)立刻產(chǎn)生鎂蒸氣 ,熔融金屬隨即進(jìn)入所產(chǎn)生的小孔中。由于鎂合金的熔點(diǎn)低、蒸氣壓高 ,因而所生成的小孔也比其他的金屬要大 ,容易在焊縫根部形成氣孔 ,因此要求有一套精確的操作工藝以防止氣孔與過(guò)熱。焊接過(guò)程中電子束的周向擺動(dòng)和聚焦點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)有利于消除氣孔 ,獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。此外 ,在焊縫周?chē)A(yù)置同質(zhì)填充金屬、在背面采用緊密貼合的襯墊都能減少氣孔。采用添絲方式焊接可以容易得到無(wú)縮松、縮孔和氣孔等缺陷的焊縫 ,接頭的靜載強(qiáng)度可以與母材相當(dāng) ,接頭的抗腐蝕性能甚至好于母材的。電子束焊通常在真空腔內(nèi)進(jìn)行 ,但焊接鎂合金時(shí)金屬的揮發(fā)對(duì)真空室污染很大 ,使其應(yīng)用受到限 制 ,實(shí)際應(yīng)用的例子很少 ,有在 AZ3l 鎂材上研究的實(shí)例 ,表明焊接效果良好。有研究表明非真空電子束可以用于鎂合金的焊接 ,對(duì)于 AZ31 變形鎂合金、AM50A 以及 AZ91D 鑄造鎂合金 ,在適當(dāng)?shù)暮附庸に囅戮傻玫搅己玫慕宇^。相對(duì)較高的能量密度可以允許焊接速度達(dá)到 15 m Π min ,熱輸入少而焊接效率高。非真空電子束焊接可以得到良好的焊縫成形 ,有利于提高接頭的疲勞強(qiáng)度。高速、可高度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的非真空電子束焊接方法 ,有希望為鎂合金結(jié)構(gòu)件的廣泛應(yīng)用提供保證。　　電子束焊焊縫的形狀受焊接參數(shù)的影響較大 ,尤其是電流的大小。隨著電流的增大 ,焊縫和熱影響區(qū)的寬度也增大。有研究表明 ,對(duì) AZ91D 合金采用不同的焊接方法 ,對(duì)比發(fā)現(xiàn)電子束焊接頭的力學(xué)性能高 ,并且高于母材的 ,這主要是與其焊縫區(qū)晶粒非常細(xì)小、熱影響區(qū)很窄有關(guān)。　　(2) 激光焊　　激光焊是利用高能量密度激光束作為熱源進(jìn)行焊接的一種精密加工方法。與其他熔焊方法相比 ,激光焊具有能量密度高 ,熱輸入少 ,接頭區(qū)殘余應(yīng)力和變形小 ,熔化區(qū)和熱影響區(qū)窄 ,熔深大、焊縫組織細(xì)小、接頭性能好等優(yōu)點(diǎn)。此外激光焊不需要真空條件 ,保護(hù)氣體種類及壓力范圍可方便選擇 ,可借助偏轉(zhuǎn)棱鏡或光導(dǎo)纖維將激光束引導(dǎo)到難以接近的部位進(jìn)行焊接、操作靈活 ,可穿過(guò)透明材料聚焦焊接等 ,這些都是電子束焊難以具備的。激光束可靈活控制 ,易于實(shí)現(xiàn)工件的三維自動(dòng)化焊接。研究表明變形鎂合金的激光焊焊縫強(qiáng)度可與母材的相近 ,通過(guò)選用適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)可避免氣孔與咬邊的產(chǎn)生。　　(3) 激光2 TIG復(fù)合焊　　激光2 TIG 復(fù)合熱源焊是在 1970 年提出的 , 然而 ,真正的應(yīng)用直到近幾年才出現(xiàn) ,這主要得益于激光技術(shù)以及弧焊設(shè)備的發(fā)展 ,尤其是激光功率和電流控制技術(shù)的提高。激光電弧復(fù)合對(duì)焊接效率提高十分顯著。這主要基于兩種效應(yīng) :一是較高的能量密度導(dǎo)致了較高的焊接速度 ,工件對(duì)流損失減小 ;二是兩熱源相互作用的疊加效應(yīng)。焊接時(shí) ,激光引發(fā)的等離子體使電弧更穩(wěn)定 ,同時(shí) ,電弧能進(jìn)入熔池小孔 ,減小了能量　　的損失。激光2 TIG復(fù)合焊可顯著增加焊速 ,約為 TIG焊接的 2 倍 ,而且鎢極燒損大大減小 ,壽命增加 ;坡口夾角亦減小 ,焊縫寬度與激光焊時(shí)相近。國(guó)內(nèi)大連理工大學(xué)焊接技術(shù)研究所研制出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的激光2 TIG 復(fù)合焊接設(shè)備 ,能有效地將激光焊與氬弧焊有機(jī)結(jié)合起來(lái) ,充分發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn) ,且進(jìn)一步提高其綜合性能 ,實(shí)現(xiàn)高速焊接。采用激光氬弧復(fù)合熱源焊接工藝 ,可獲得高質(zhì)量焊接接頭 ,接頭的拉伸強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性均與母材的相當(dāng) ,較目前采用的氬弧焊方法 ,接頭性能 (尤其是疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性) 有顯著提高。　　壓力焊編輯　　壓力焊是利用摩擦、加壓和熱擴(kuò)散等物理作用克服兩個(gè)連接表面的粗糙度 ,并除去 (擠走) 氧化膜及其他污染物 ,使兩個(gè)連接表面上的原子相互接近到晶格距離 ,從而實(shí)現(xiàn)固態(tài)連接。　　2. 2. 1 　電阻點(diǎn)焊　　鎂合金薄板和擠壓件都可以采用常規(guī)的電阻焊 ,如縫焊、點(diǎn)焊和閃光對(duì)焊進(jìn)行焊接 ,其中點(diǎn)焊常用。Mg 2 Al 系和 Mg 2 Zn 系合金的電阻焊性能較好。電阻點(diǎn)焊一般用于承受低載荷的工件焊接 ,如某些鎂合金框架、儀表艙、隔板等常采用電阻點(diǎn)焊。只要焊機(jī)功率能保證瞬時(shí)快速加熱 ,直流脈沖點(diǎn)焊機(jī)及一般的交流點(diǎn)焊機(jī)均可適用于鎂合金的點(diǎn)焊。鎂合金電阻點(diǎn)焊的工藝特點(diǎn)如下 :　　(1) 鎂合金具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性 ,點(diǎn)焊時(shí) ,須在較短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)大電流 ;　　(2) 鎂的表面易氧化 ,被焊面間的接觸電阻較大 ,當(dāng)通過(guò)大的焊接電流時(shí) ,往往產(chǎn)生飛濺 ;　　(3) 由于導(dǎo)熱性好及線膨脹系數(shù)大 ,斷電后熔核冷卻收縮快 ,易引起縮孔及裂紋等缺陷 ;　　2. 2. 2 　摩擦焊　　目前 ,鑄造鎂合金特別是壓鑄鎂合金應(yīng)用比較廣泛。然而 ,殘留很多微氣孔是壓鑄合金產(chǎn)品存在的致命問(wèn)題 ,這些氣孔因受熱而出現(xiàn)聚焦長(zhǎng)大 ,嚴(yán)重地影響了合金的力學(xué)性能。因此這類鎂合金的熔化焊通常難以獲得理想的焊縫。于是 ,鎂合金的摩擦焊成為了關(guān)注熱點(diǎn)之一。摩擦焊是在外力驅(qū)動(dòng)下 ,利用焊件接觸面之間的相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生熱量 ,使接觸面及其附近區(qū)域的金屬達(dá)到粘塑性狀態(tài)并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)暮暧^塑性變　　形 ,然后通過(guò)兩側(cè)材料間的相互擴(kuò)散和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶而完成焊接。在整個(gè)過(guò)程中 ,摩擦界面溫度一般不會(huì)超過(guò)熔點(diǎn) ,因而摩擦焊也是一種固相焊接方法。摩擦焊接頭的形成機(jī)制和性能與熔化焊存在顯著差異。其接頭組織和性能的特點(diǎn)是 :不會(huì)產(chǎn)生與熔化和凝固過(guò)程有關(guān)的缺陷 ,如裂紋、氣孔、偏析和夾雜 ;熱影響區(qū)窄 ,組織無(wú)明顯粗化 ;焊接變形及殘余應(yīng)力小 ;接頭附近區(qū)域因頂鍛力的作用引發(fā)了一些力學(xué)冶金效應(yīng) ,如晶粒細(xì)化、組織致密、夾雜物彌散分布等。因此 ,摩擦焊接頭的性能優(yōu)異。然而傳統(tǒng)的摩擦焊一般只能用于回轉(zhuǎn)形零件的焊接。這個(gè)問(wèn)題直到 1990 年代英國(guó)焊接研究所 TWI(The WeldingInstitute) 提出了專利焊接技術(shù) ———攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding) 后才得以解決。攪拌摩擦焊除了具有傳統(tǒng)摩擦焊技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)外 ,還可以進(jìn)行多種接頭形式和不同焊接位置的焊接。摩擦攪拌焊接是使用機(jī)械式的旋轉(zhuǎn)攪拌棒 ,通過(guò)旋轉(zhuǎn)摩擦和攪拌作用 ,將金屬?gòu)墓虘B(tài)轉(zhuǎn)變成塑性狀態(tài) ,再輔以擠壓作用使材料接合在一起。這種利用攪拌棒造成金屬塑性流動(dòng)的方法可以應(yīng)用于板狀構(gòu)件對(duì)接和搭接 ,尤其適用于鋁、鎂等低熔點(diǎn)金屬的焊接。目前已有研究者采用攪拌摩擦焊成功地實(shí)現(xiàn)了鎂合金薄板的連接 ,接頭形成后幾乎沒(méi)有任何變形 ,接頭上下表面光滑、無(wú)堆高 ,沒(méi)有裂紋、氣孔和背面未焊透等缺陷。此外 ,已成功地采用攪拌摩擦焊進(jìn)行 AZ61A、AM60 鎂合金的同種材質(zhì)焊和異種材質(zhì)焊。初步研究表明 ,攪拌摩擦焊還可以用于鎂和鋁異種材質(zhì)間　　的連接 。　　2. 3 　釬焊　　鎂合金的釬焊工藝與鋁合金相似。可采用火焰釬焊、爐中釬焊及浸漬釬焊等方法 ,其中以浸漬釬焊　　應(yīng)用廣泛。釬焊時(shí)所用釬料一般都是鎂基合金組分 ,如 Mg 2 Al 2 Zn 釬料 ,適配釬劑為氯化物和氟化物的混合粉末。目前 ,無(wú)鍍層鎂合金的釬焊工藝一般硬釬焊 ,因?yàn)檫€沒(méi)有找到合適的去膜及界面活化軟釬劑。因此 ,對(duì)于無(wú)鍍層鎂合金的無(wú)釬劑軟釬焊焊接角接頭和填補(bǔ)變形件及鑄件噴涂前的非關(guān)鍵面上的表面缺陷。而帶有鍍層的鎂合金可以采用常用的軟釬焊技術(shù)。

發(fā)布日期：2022-03-16

　　鎂是銀白色的金屬，密度1.738克/厘米3，熔點(diǎn)648.9℃。沸點(diǎn)1090℃。化合價(jià)+2，電離能7.646電子伏特，是輕金屬之一，具有延展性，金屬鎂無(wú)磁性，且有良好的熱消散性。　　一、鎂的發(fā)現(xiàn)　　(1) 1808年英國(guó)化學(xué)家戴維(H.Davy)電解汞和氧化鎂的混合物制得鎂汞齊,第 一 次獲得金屬鎂。　　(2) 1828年法國(guó)科學(xué)家比西(A.A.B.Bussy) 用鉀還原熔融氯化鎂得金屬鎂。　　(3)1833年,英國(guó)科學(xué)家法拉第(M Faraday)又用電解熔融氯化鎂的方法制得金屬鎂，但在當(dāng)時(shí)鎂仍然是實(shí)驗(yàn)室的珍品。　　(4)1886年才在德國(guó)開(kāi)始用后一種方法進(jìn)行鎂的工業(yè)生產(chǎn)。　　(5)中國(guó)于20世紀(jì)50年代用熔鹽電解法開(kāi)始以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)鎂。　　二、鎂的性質(zhì)　　A.物理性質(zhì)　　鎂是銀白色的金屬，密度1.738克/厘米3，熔點(diǎn)648.9℃。沸點(diǎn)1090℃。化合價(jià)+2，電離能7.646電子伏特，是輕金屬之一，具有延展性，金屬鎂無(wú)磁性，且有良好的熱消散性。　　B.化學(xué)性質(zhì)　　鎂具有比較強(qiáng)的還原性,能與熱水反應(yīng)，放出氫氣，燃燒時(shí)能產(chǎn)生眩目的白光，鎂與氟化物、氫氟酸和鉻酸不發(fā)生作用，也不受苛性堿侵蝕，但極易溶解于有機(jī)和無(wú)機(jī)酸中，鎂能直接與氮、硫和鹵素等化合，包括烴、醛、醇、酚、胺、脂和大多數(shù)油類在內(nèi)的有機(jī)化學(xué)藥品與鎂僅僅輕微地或者根本不起作用。鎂能在能和二氧化碳發(fā)生燃燒反應(yīng)，因此鎂燃燒不能用二氧化碳滅火器滅火。　　三、鎂資源　　鎂是10種常用有色金屬之一，其蘊(yùn)藏量豐富，在地殼中的含量達(dá)到2.1%-2.7%，在所有元素中排第六位，是僅次于鋁、鐵、鈣居第四位的金屬元素。主要來(lái)自海水、天然鹽湖水、白云巖、菱鎂礦、水鎂石和橄欖石等。據(jù)估計(jì)，全世界的菱鎂礦資源量約為120億噸，水鎂石幾百萬(wàn)噸，海水中的鎂含量估計(jì)為6×10(16次方)噸，另外還有大量的白云石和鹽湖鎂資源 。　　我國(guó)是世界上鎂資源豐富的國(guó)家之一，鎂資源礦石類型全，分布廣，總儲(chǔ)量占世界的22.5%，居世界前列：菱鎂礦儲(chǔ)量居世界首位，已探明菱鎂礦儲(chǔ)量34億噸，占世界菱鎂礦總儲(chǔ)量的28.3%;原鎂產(chǎn)量居于世界前列，占世界總產(chǎn)量的70%多。我國(guó)含鎂白云石礦豐富，白云石資源遍及我國(guó)各省區(qū)，特別是山西、寧夏、河南、吉林、青海、貴州等省區(qū)，現(xiàn)已探明儲(chǔ)量40億噸以上;我國(guó)4大鹽湖區(qū)鎂鹽礦產(chǎn)資源的遠(yuǎn)景儲(chǔ)量達(dá)數(shù)十億噸其中，柴達(dá)木盆地內(nèi)大小不等的33個(gè)鹵水湖、半干涸鹽湖和干涸鹽湖，蘊(yùn)藏著儲(chǔ)量占全國(guó)第 一 位的鎂鹽資源;我國(guó)海域水中的鎂合金達(dá)到0.13%。

發(fā)布日期：2021-10-19

　　鎂及鎂合金的焊接性分析　　鎂合金的性能與其他材料相比具有顯著特點(diǎn)，焊接性較為特殊。由于鎂合金密度低、熔點(diǎn)低、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率大、熱膨脹系數(shù)大、化學(xué)活潑性很強(qiáng)、易氧化且氧化物的熔點(diǎn)很高，因此，鎂合金在焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一系列困難，主要表現(xiàn)在：　　1.氧化和蒸發(fā)　　由于鎂的氧化性極強(qiáng)，在焊接過(guò)程中易形成氧化膜（MgO），MgO熔點(diǎn)高（2500℃）、密度大（3.2g/cm3），易在焊縫中形成夾雜，降低了焊縫性能。在高溫下，鎂還容易和空氣中的氮發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成鎂的氮化物，弱化接頭的性能。鎂的沸點(diǎn)不高，這將導(dǎo)致在電弧高溫下很容易蒸發(fā)。　　2.晶粒粗大　　由于熱導(dǎo)率大，故焊接鎂合金時(shí)要用大功率熱源、高速焊接，易造成焊縫和近焊縫區(qū)金屬過(guò)熱和晶粒長(zhǎng)大。　　3.熱應(yīng)力　　鎂合金熱膨脹系數(shù)較大，約為鋁的1～2倍，在焊接過(guò)程中易產(chǎn)生大的焊接變形，引起較大的殘余應(yīng)力。　　4.焊縫金屬下塌　　由于鎂的表面張力比鋁小，焊接時(shí)很容易產(chǎn)生焊縫金屬下塌，影響焊縫成形質(zhì)量。　　5.氣孔　　與焊接鋁合金相似，鎂合金焊接時(shí)易產(chǎn)生氫氣孔。氫在鎂中的溶解度隨溫度的降低而減小，而且鎂的密度比鋁小，氣體不易逸出，在焊縫凝固過(guò)程中會(huì)形成氣孔。　　6.熱裂紋　　鎂合金易與其他金屬形成低熔點(diǎn)共晶組織，在焊接接頭中易形成結(jié)晶裂紋。當(dāng)接頭處溫度過(guò)高時(shí)，接頭組織中的低熔點(diǎn)化合物在晶界處會(huì)熔化出現(xiàn)空穴，或產(chǎn)生晶界氧化等，即所謂的“過(guò)燒”現(xiàn)象。　　此外，鎂及鎂合金易燃燒，所以在熔化焊接時(shí)需要惰性氣體或焊劑的保護(hù)。

發(fā)布日期：2020-06-24

　　鎂合金的焊接現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)　　鎂合金適用于很多焊接方法，如鎢極氬弧焊、電子束焊、激光焊、攪拌摩擦焊、爆炸焊和電阻點(diǎn)焊。無(wú)論哪種焊接方法，鎂合金焊接后的微觀組織大多同時(shí)包含樹(shù)枝晶和等軸晶。一種普遍接受的觀點(diǎn)認(rèn)為等軸晶的性能優(yōu)于柱狀晶或樹(shù)枝晶，所以金屬凝固組織中希望得到小尺寸的等軸晶，同時(shí)盡可能減小柱狀晶/樹(shù)枝晶的百分比。　　1.鎢極氬弧焊（TIG）　　鎢極氬弧焊（TIG）是目前鎂合金常用的一種焊接方法。由于鎂合金容易氧化，TIG電弧焊接鎂合金通常利用交流電的陰極清理效應(yīng)去除氧化膜，直流TIG焊接鎂合金較少使用。然而與直流相比，交流TIG焊接的熱輸入較低，加之鎂合金導(dǎo)熱很快，焊縫熔深淺，使交流TIG焊接鎂合金厚板存在一定問(wèn)題。因此，焊接鎂合金中厚板時(shí)需要采用多層多道焊或者雙面施焊，增加了施焊難度，而且降低了生產(chǎn)效率。　　鎂合金氬弧焊存在的主要缺陷是氣孔和疏松。在焊接過(guò)程中通過(guò)增加保護(hù)氣體的流量可以顯著減小氣孔的數(shù)量、體積，并能減小焊縫中鎂含量的損失，從而提高接頭的力學(xué)性能。另外，對(duì)于氣孔的防治，還可以通過(guò)焊接時(shí)盡量壓低電弧（2mm左右），以充分發(fā)揮電弧的陰極破碎作用并使熔池受到攪拌，從而使氣體逸出熔池。　　2.激光焊　　激光焊接鎂合金是利用高能量密度的激光束作為熱源進(jìn)行焊接的一種精密加工方法，其研究主要集中在激光器的選擇（如CO2、diode、Nd：YAG及fiber激光器），激光功率、聚焦位置、焊接速度、熔深、保護(hù)氣體種類和填充材料等方面。　　采用Nd：YAG激光器和CO2激光器對(duì)6種鑄造鎂合金和4種擠壓鎂合金進(jìn)行激光焊接性研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)相同成份和不同成份的鎂合金，厚度從2～8mm，均可利用激光焊接，并可得到很窄的焊縫和很大的熔深。　　激光焊接鎂合金的缺陷主要為氣孔、熱影響區(qū)熱裂紋及凝固裂紋。另外，鎂合金對(duì)激光的反射率較大也是鎂合金激光焊中需要注意的問(wèn)題，這使激光焊接鎂合金熔深較淺。相比而言，電子束焊接得到的熔深大，且遠(yuǎn)超過(guò)激光焊接。　　3.電子束焊　　電子束可以焊透30mm的鎂合金板，熔化區(qū)的組織幾乎都是10?mm左右的等軸晶。電子束焊接可以避免很多焊接缺陷，如孔洞、咬邊、根部凹陷及較寬的熱影響區(qū)等。經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化，如調(diào)整聚焦位置到根部，優(yōu)化焊接參數(shù)等，焊縫的極限抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到母材83%（有表面應(yīng)力集中）和96%（無(wú)應(yīng)力集中）。　　電子束焊接通常為真空焊接，金屬氣體的揮發(fā)對(duì)真空室的污染很大。研究發(fā)現(xiàn)非真空電子束非常適用于鎂合金的焊接。AZ31變形鎂合金和AM50A以及AZ91D鑄造鎂合金在適當(dāng)?shù)暮附庸に囅戮傻玫搅己玫慕宇^。相對(duì)較高的能量密度可以允許焊接速度達(dá)到15m/min，這樣熱輸入較小，焊接效率高。通過(guò)填絲可以得到無(wú)疏松、縮孔和氣孔等缺陷的焊縫，接頭的靜載荷可以與母材相當(dāng)，接頭的抗腐蝕性能甚至好于母材。高速且可以實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化的非真空電子束焊接為鎂合金的大面積應(yīng)用提供了新的途徑。　　4.電阻點(diǎn)焊　　電阻點(diǎn)焊因其成本極低、工藝穩(wěn)定成為汽車(chē)工業(yè)中主要的焊接方法。鎂合金導(dǎo)熱率高、電阻值小，電阻點(diǎn)焊鎂合金時(shí)需要在短時(shí)間內(nèi)通很高的電流，使產(chǎn)熱速率遠(yuǎn)大于散熱速率。這個(gè)性能與鋁合金性能相似，因此能夠焊接鋁合金的點(diǎn)焊設(shè)備也能夠焊接鎂合金。電焊機(jī)的成本與變壓器次級(jí)線圈電流負(fù)荷成正比。相同板厚下，電阻點(diǎn)焊鋼所需的電流遠(yuǎn)小于鎂合金，因此鎂合金的焊接設(shè)備昂貴。焊接電流、焊接時(shí)間及電極壓力是電阻點(diǎn)焊鎂合金重要的三個(gè)參數(shù)。這三個(gè)參數(shù)能夠有效控制熔核大小和接頭強(qiáng)度。鋁合金熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率都很高，所需焊接電流是鋼的2～3倍。　　鎂合金的熔核生長(zhǎng)分為3個(gè)階段：孕育、長(zhǎng)大和穩(wěn)定。在第 一 個(gè)周波內(nèi)熔核便完成孕育，接著開(kāi)始長(zhǎng)大。隨著熔核長(zhǎng)大，導(dǎo)電通道增加，電流密度降低；電極-板材接觸面積增大，散熱增加。這兩點(diǎn)導(dǎo)致長(zhǎng)大速率逐漸變緩。當(dāng)產(chǎn)熱和散熱達(dá)到平衡，熔核趨于穩(wěn)定。數(shù)值模擬比較的鋼、鋁和鎂的動(dòng)態(tài)電阻和熔核生長(zhǎng)如圖所示。鋁合金與鎂相似，孕育時(shí)間很短，幾乎在第 一 個(gè)周波就出現(xiàn)熔化；鋼直到第5個(gè)周波才開(kāi)始熔化，模擬結(jié)構(gòu)說(shuō)明，貼合面的接觸電阻是造成這種差別的主要原因。溫度沿徑向分布的差異也是原因之一，其中鋼較鋁、鎂平坦，因而鋁、鎂產(chǎn)熱更為集中，有利于熔核的形成。　　鎂合金點(diǎn)焊接頭通常分為４個(gè)區(qū)域：母材、熱影響區(qū)、塑性環(huán)和熔核。熱影響區(qū)有再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大發(fā)生。和鋁合金類似，鎂合金焊接熱影響區(qū)也容易產(chǎn)生野花裂紋。塑性環(huán)在熱影響區(qū)的貼合面處，是電阻點(diǎn)焊的特有區(qū)域。由于該區(qū)域的高溫高壓（電極壓力），塑性環(huán)處經(jīng)常發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。通常熔核有兩種組織：柱狀樹(shù)枝晶和等軸晶。

發(fā)布日期：2019-05-21

　　據(jù)《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》顯示，作為七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，新材料的市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)2萬(wàn)億元，有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)“十三五”期間年均增速將達(dá)20%。但在產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛的同時(shí)，技術(shù)迭代頻率亦不斷加快，而不少企業(yè)“步伐”較慢。作為影響企業(yè)生存和發(fā)展的因素，技術(shù)進(jìn)步與轉(zhuǎn)型升級(jí)十分重要。這是提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的手段，也是企業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展的必經(jīng)之道。一年之計(jì)在于春，新材料企業(yè)在2017年要如何把握市場(chǎng)和政策，順利實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級(jí)和轉(zhuǎn)型發(fā)展呢?　　3月30日上午，“新材料企業(yè)技術(shù)升級(jí)與轉(zhuǎn)型發(fā)展研討會(huì)”隆重舉辦，來(lái)自全國(guó)各地的新材料上市公司高管、知名新材料企業(yè)家、科研機(jī)構(gòu)專家、知名投資人等匯聚一堂，共同探討技術(shù)和企業(yè)發(fā)展中面臨的各項(xiàng)問(wèn)題，為我國(guó)新材料行業(yè)的發(fā)展出謀劃策。其中長(zhǎng)沙新材料產(chǎn)業(yè)研究院副院長(zhǎng)郭小羅就帶來(lái)了《一種輕質(zhì)高強(qiáng)韌鎂合金板帶材的介紹》的演講。　　長(zhǎng)沙新材料產(chǎn)業(yè)研究院副院長(zhǎng)郭小羅　　我國(guó)是鎂合金資源大國(guó)。鎂資源十分豐富，占世界總儲(chǔ)量的22.5%。據(jù)悉，鎂合金具有密度低、比強(qiáng)度高、阻尼性能優(yōu)良、容易作切前加工等特點(diǎn)，是一種好的輕量化材料。在提倡輕量化發(fā)展的當(dāng)前，業(yè)內(nèi)普遍看好鎂合金的未來(lái)，市場(chǎng)前景十分廣闊。　　目前，輕量化技術(shù)不僅僅只針對(duì)汽車(chē)。郭小羅表示：“鎂合金軋制板材具有優(yōu)良的組織和力學(xué)性能，因而廣泛應(yīng)用在航空航天、國(guó)防軍事、交通工具、醫(yī)療器械以及3C電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。”　　市場(chǎng)離不開(kāi)生產(chǎn)，郭小羅還分析了連鑄連軋工藝、錠擠壓溫軋工藝和鑄錠熱軋開(kāi)坯工藝這三種鎂合金板帶材生產(chǎn)工藝的流程及特點(diǎn)。他指出，高強(qiáng)韌鎂合金板帶材成形技術(shù)難點(diǎn)主要有4個(gè)：燃點(diǎn)低、易氧化;密排六方結(jié)構(gòu)，常溫變形能力差;加工溫度窗口窄;板散熱快，無(wú)法保持加工溫度。

發(fā)布日期：2019-03-12

　　①鎂合金板材是航空、航天工業(yè)不可缺少的材料。航空材料減重帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和性能改善十分顯著，商用飛機(jī)與汽車(chē)減重相同質(zhì)量帶來(lái)燃油費(fèi)用節(jié)省，前者是后者的近100倍，而戰(zhàn)斗機(jī)的燃油費(fèi)節(jié)省又是商用飛機(jī)的近10倍，更重要的是其機(jī)動(dòng)性能改善可以極大提高其戰(zhàn)斗力和生存能力。正因?yàn)槿绱耍娇展I(yè)才會(huì)采取各種措施增加鎂合金應(yīng)用。現(xiàn)在飛機(jī)所用的鋁材料約占飛機(jī)總重量的85%，高強(qiáng)度、耐腐蝕的鎂合金板比鋁板性能更好，在飛機(jī)上應(yīng)用更有優(yōu)勢(shì)。　　②鎂合金是減輕武器裝備質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)武器裝備輕量化，提高武器裝備各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)性能的理想結(jié)構(gòu)材料。軍工上應(yīng)用，如直升機(jī)、殲擊機(jī)都要大量使用;坦克、裝甲車(chē)、軍用吉普車(chē)、槍械武器等等，可使單兵綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)降到6.37Kg。用鎂板制造子彈殼、炮彈殼，使單兵子彈負(fù)載增加一倍。　　③交通工具上應(yīng)用，如汽車(chē)、火車(chē)、船舶等，減輕重量、節(jié)省能源、減少污染，國(guó)家正大力發(fā)展。　　④在3C產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用。　　⑤在電源上應(yīng)用，鎂電源類產(chǎn)品都是高能無(wú)污染電源，如制造鎂錳干電池、鎂空氣電池、鎂海水電池、魚(yú)雷電源以及動(dòng)力電池。　　⑥高電位鎂合金犧牲陽(yáng)極板用在金屬保護(hù)上。　　⑦民用也很廣。如環(huán)保建筑裝飾板材、體育、醫(yī)療器械、工具、眼鏡架、手表殼、級(jí)旅行用品等焊絲應(yīng)用

發(fā)布日期：2018-12-28