方乃文 王麗萍 李連勝 林曉輝

鎂合金焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

方乃文1王麗萍1李連勝2林曉輝2

(1．哈爾濱理工大學(xué)，哈爾濱150040;2．機(jī)械科學(xué)研究院哈爾濱焊接研究所，哈爾濱150028)

綜述了鎂合金的特點(diǎn)與應(yīng)用，分析了目前鎂合金焊接存在的問(wèn)題，詳細(xì)論述了鎂合金焊接方法，包括鎢極惰性氣體保護(hù)焊、攪拌摩擦焊、電子束焊接、電阻點(diǎn)焊、激光及其電弧復(fù)合焊、熔化極惰性氣體保護(hù)焊、釬焊等特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)鎂合金焊接的研究與應(yīng)用進(jìn)行展望。

鎂合金 焊接特點(diǎn) 焊接方法

0 序 言

鎂合金是金屬結(jié)構(gòu)材料中最輕的一種，具有密度小、比強(qiáng)度高、儲(chǔ)量豐富、減震性好、可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，鎂合金在航空航天、軌道交通、核電、軍工等領(lǐng)域的應(yīng)用日益增多，鎂合金材料也被譽(yù)為“最有發(fā)展前景的結(jié)構(gòu)材料”，其開發(fā)、應(yīng)用對(duì)于實(shí)現(xiàn)友好環(huán)保型社會(huì)具有重要的意義。

目前，鎂合金的加工技術(shù)主要以鑄造為主，而其焊接技術(shù)發(fā)展相對(duì)緩慢，包括焊接冶金原理、焊接工藝控制、焊接材料生產(chǎn)技術(shù)等尚不成熟，因此深入開展鎂合金焊接技術(shù)的研究是拓展鎂合金材料應(yīng)用的有效途徑。文中主要對(duì)鎂合金焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行闡述。

1 鎂合金的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

鎂是一種比鋁還輕的有色金屬，熔點(diǎn)和密度均比鋁低。純鎂強(qiáng)度較低，很少用作結(jié)構(gòu)材料，常以鎂合金的形式在結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。鎂合金具有優(yōu)異的比剛度和比強(qiáng)度。此外，鎂合金還具有易切削加工、易于鑄造和鍛壓、可以回收利用的特點(diǎn)。但是鎂合金硬度小，耐腐蝕性、抗蠕變性、耐疲勞性、高溫強(qiáng)度較差，這些特性又制約了鎂合金的的發(fā)展和應(yīng)用。

20世紀(jì)50年代，鎂合金就開始在汽車領(lǐng)域上應(yīng)用，90年代，鎂合金相繼在核電、航空航天、軌道交通、武器裝備等領(lǐng)域上應(yīng)用。21世紀(jì)以來(lái)，鎂合金的制備技術(shù)、加工工藝等取得了大幅的突破，使得鎂合金的成本降低、質(zhì)量提高，這些進(jìn)步促進(jìn)了鎂合金的應(yīng)用。

最近，《自然》雜志上就刊登了一種改良鎂合金，其強(qiáng)度、剛度、延展性和耐腐蝕性較常規(guī)鎂合金有大幅提高，改良的關(guān)鍵在于其向鎂合金中加入約30%的鋰。這種鎂合金為體心立方結(jié)構(gòu)，原子發(fā)生滑移的可能性更大，從而提高了材料的延展性及塑性，研究人員通過(guò)拉拔擠壓成型、熱處理、水淬、冷軋等工序制備出了高性能鎂合金。

2 鎂合金的焊接特點(diǎn)

由于鎂合金具有低熔點(diǎn)、低熱導(dǎo)率、較大的熱膨脹系數(shù)、較小的密度，易氧化且氧化物熔點(diǎn)較高等特點(diǎn)，使鎂合金的焊接難度系數(shù)增加，主要表現(xiàn)在氣孔、過(guò)熱組織、熱裂紋、蒸發(fā)與燒損、夾渣和燃燒等幾個(gè)方面。

2．1 氣孔

鎂合金的焊接過(guò)程中，氣孔是最主要的缺陷之一。水分子在焊接過(guò)程中分解產(chǎn)生大量的氫，氫在鎂合金溶液中的溶解度隨著溫度降低而減小，使熔池在凝固過(guò)程中析出大量氫，從而形成氣泡且溢出熔池表面困難，從而在焊縫中形成較多的氣孔。

2．2 過(guò)熱組織

鎂合金導(dǎo)熱性能良好，所以在焊接過(guò)程中需較大熱輸入，從而容易在焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生過(guò)熱組織。

2．3 熱裂紋

鎂合金線膨脹系數(shù)大，焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生變形及熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致在焊接接頭脆性溫度區(qū)間產(chǎn)生熱裂紋。

2．4 蒸發(fā)與燒損

鎂合金的沸點(diǎn)較低，通常在1 100℃左右，而焊接電弧溫度通常在2 000℃左右，在焊接過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致大量鎂元素的燒損與蒸發(fā)，這也是造成焊縫下榻的主要原因。

2．5 夾渣

鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑，在焊接高溫下極易形成熔點(diǎn)高(2 500℃)密度大的MgO，它不易從密度較小的合金溶液中排出，從而形成片狀的夾渣。

2．6 燃燒

由于鎂的性質(zhì)活潑，容易在空氣中燃燒，所以進(jìn)行鎂合金電弧焊時(shí)，鎂的燃燒危險(xiǎn)性系數(shù)顯著增大。

3 鎂合金的焊接方法

3．1 鎢極惰性氣體保護(hù)焊(TIG)

鎢極惰性氣體保護(hù)焊是最早應(yīng)用在鎂合金的焊接方法之一。進(jìn)行AZ91D鎂合金TIG焊時(shí)發(fā)現(xiàn)，Al12Mg17相析出在晶界處，且焊接熱影響區(qū)較寬。

進(jìn)行AZ31B鎂合金TIG焊時(shí)發(fā)現(xiàn)，焊縫周圍沒有纖維組織，焊縫和熱影響區(qū)的晶界明顯，焊縫區(qū)為比母材和熱影響區(qū)細(xì)小的等軸晶，是典型的鑄造急冷組織;而熱影響區(qū)是晶粒粗大的過(guò)熱組織;母材晶粒呈纖維狀。這是因?yàn)殒V合金的熔點(diǎn)低、熱導(dǎo)率高，加之焊接熱輸入大等原因造成熱影響區(qū)寬且晶粒粗大，拉伸試驗(yàn)時(shí)接頭在熱影響區(qū)斷裂，這也同時(shí)表明熱影響區(qū)的晶粒較粗大［1］。AZ31B鎂合金填絲TIG焊的工藝比非填絲TIG焊更加復(fù)雜，但焊接接頭組織均勻、熱影響區(qū)窄、接頭強(qiáng)度有了較大提高。通過(guò)不同焊絲的焊接接頭對(duì)比發(fā)現(xiàn)，熱影響區(qū)及焊縫區(qū)中連續(xù)分布的共晶相隨著焊絲中鋁含量的增加而增多，該共晶體的逐漸增多對(duì)接頭性能的影響較為復(fù)雜，焊接接頭中細(xì)化的晶粒與鋁元素的固溶會(huì)提高接頭強(qiáng)度，但Al12Mg17脆性相的增多又會(huì)降低焊接接頭的性能。

近年來(lái)，活性TIG焊(A－TIG)逐步應(yīng)用到了鎂合金焊接中，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)張桂清等人［2］在鎂合金ATIG焊接過(guò)程中引入直流縱向磁場(chǎng)，通過(guò)對(duì)磁場(chǎng)電流、活性劑涂敷量的調(diào)節(jié)，研究了焊縫熔深、熔寬、硬度及顯微組織的變化規(guī)律。研究表明，當(dāng)磁場(chǎng)電流為1．5 A，活性劑涂敷量為5 mg/cm2時(shí)，焊縫熔深為5．0 mm，顯微硬度達(dá)到73．8 HV，焊縫力學(xué)性能在磁場(chǎng)與活性劑的雙重作用下顯著提高。

鎂合金TIG焊過(guò)程中，鎂合金焊絲活性劑的研發(fā)及其涂覆在焊絲表面工藝是難點(diǎn)與重點(diǎn)，增加焊縫熔深、獲得穩(wěn)定電弧、提高焊接性能將是鎂合金TIG焊研究的目標(biāo)。開發(fā)鑄造鎂合金活性TIG焊補(bǔ)焊技術(shù)，也在鎂合金鑄件修補(bǔ)領(lǐng)域中具有廣闊應(yīng)用前景。

3．2 攪拌摩擦焊(FSW)

鎂合金材料熔沸點(diǎn)較低，使用熔化焊時(shí)易氧化蒸發(fā)，而攪拌摩擦焊焊接溫度較低，并且焊后變形和殘余應(yīng)力較小，在鎂合金焊接領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)此工藝研究也較多。美國(guó)Esparaz等人［3］深入分析了AZ31B鎂合金的攪拌摩擦焊接頭的組織特性。日本Nakata等人［4］研究了AZ31D鎂合金攪拌摩擦焊的焊接工藝性和接頭微觀結(jié)構(gòu)與斷裂位置的相互關(guān)系。北京航空制造工程研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高等院校也相繼對(duì)這種焊接工藝進(jìn)行了研究，并取得了很多成果［5］。攪拌摩擦焊還可以實(shí)現(xiàn)鎂合金與銅、鋁合金等材料的焊接，有效減少異種材料熔化焊時(shí)出現(xiàn)的脆性金屬間化合物。

使用攪拌摩擦焊焊接鎂合金，可以獲得組織均勻致密的焊接接頭，是一種可以實(shí)現(xiàn)材料改性的優(yōu)質(zhì)固相焊接方法，但鎂合金材料抗腐蝕性能較差，如果通過(guò)電位極化曲線、阻抗測(cè)試等手段對(duì)攪拌摩擦焊接后的焊接接頭進(jìn)行緩蝕行為研究，將極大提高鎂合金攪拌摩擦焊的推廣使用。

3．3 電子束焊接(EBW)

電子束焊接具有能量密度高、穿透性能強(qiáng)、熱影響區(qū)窄、熱輸入量小、電子束精確可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，適于焊接鎂合金。

閆忠琳等人［6］對(duì)AZ61鎂合金進(jìn)行電子束焊接試驗(yàn)，并對(duì)接頭微觀組織和硬度分布進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，焊縫處為細(xì)小晶粒，較母材等軸晶粒細(xì)化20倍左右，且有白色粒狀β相分散于焊縫區(qū)晶界處，較母材沿晶界分布的β相變小且形貌發(fā)生改變，焊縫中相結(jié)構(gòu)主要為α-Mg和Al12Mg17，焊縫的硬度約為75 HV，而母材與熱影響區(qū)硬度略小。

Chi等人［7］對(duì) AZ系列的鎂合金進(jìn)行熱輸入為3 000～5 000 W的電子束焊接試驗(yàn)，結(jié)果表明，焊件最初的擇優(yōu)取向特性消失，并由鍛造鎂合金結(jié)構(gòu)向鑄造鎂合金結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。沉淀相中Al，Zn含量均比基體高，隨Al含量的增加，γ相變成密集的樹枝狀，接頭強(qiáng)度及顯微硬度增加，延展性下降。

張英明等人［8］對(duì)純鎂和AZ31鎂合金進(jìn)行了不同焊速下組織及性能的研究。結(jié)果表明，純鎂熱影響區(qū)與熔合區(qū)界面不清晰，熔合區(qū)晶粒較大，柱狀晶沿焊接方向生長(zhǎng)，并且柱狀晶長(zhǎng)度隨焊速的增大而減小，焊縫區(qū)晶粒粗大。AZ31鎂合金焊縫區(qū)域?yàn)榧?xì)小等軸晶，寬度隨焊速的增大而減小;熱影響區(qū)和焊縫區(qū)晶界清晰可見。純鎂焊縫區(qū)、基體的晶粒尺寸均比AZ31鎂合金小。純鎂的拉伸性能、沖擊性能與焊接速度無(wú)關(guān)，基本與母材保持一致。

朱智文等人［9］在焊接速度18 mm/s、束流30 mA、電壓60 kV，不填充材料的情況下，研究聚焦電流的改變對(duì)AZ31鎂合金焊接接頭的影響。結(jié)果表明，聚焦電流為480 mA時(shí)，熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大速度較快，焊縫區(qū)顯微硬度為75 HV，拉伸后試件斷口均為韌窩形貌。

電子束焊接一般在真空條件下進(jìn)行，鎂合金的電子束焊接對(duì)真空環(huán)境造成較大污染，有報(bào)道指出鎂合金在非真空條件下更易獲得較好的焊接接頭，且耐疲勞性能較好，這將是鎂合金焊接的新途徑。

3．4 電阻點(diǎn)焊(RSW)

電阻點(diǎn)焊也是鎂合金常用的焊接方法之一。鎂合金點(diǎn)焊前需對(duì)焊接表面進(jìn)行清理，除掉氧化物。點(diǎn)焊時(shí)，鎂合金焊件和電極銅之間易生成金屬間化合物而發(fā)生粘附現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量，所以鎂合金點(diǎn)焊時(shí)需加強(qiáng)電極冷卻，且電極和工件之間的電阻要分布均勻。鎂合金點(diǎn)焊時(shí)工件容易產(chǎn)生較大變形，應(yīng)采用小熱輸入。

郎波等人［10－12］對(duì)鎂合金電阻點(diǎn)焊的焊接性及液化裂紋的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了深入的研究。結(jié)果證明，液化裂紋主要由于低熔點(diǎn)液化膜及冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力所致，它可以延伸到接頭的表面，斷裂形式主要有鈕扣斷裂及結(jié)合面斷裂。

王亞榮等人［13－17］采用交流電阻點(diǎn)焊對(duì) AZ31B鎂合金進(jìn)行了焊接試驗(yàn)，對(duì)接頭的顯微組織、強(qiáng)度進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)接頭熔核區(qū)是等軸晶，接頭的抗剪強(qiáng)度隨焊接電流、電極壓力呈現(xiàn)出規(guī)律性變化。研究還發(fā)現(xiàn)電極粘附、焊接裂紋與縮孔是電阻點(diǎn)焊常見的缺陷。電極黏附是因?yàn)榫植窟^(guò)熱造成的，焊接裂紋是因?yàn)槌煞制龌蚪Y(jié)晶應(yīng)力導(dǎo)致，而焊接過(guò)程中金屬的熱膨脹和焊接后期鍛壓力則造成縮孔缺陷。石紅信等人［18］對(duì)鎂合金薄板點(diǎn)焊技術(shù)及設(shè)備進(jìn)行了研究，利用添加低碳鋼墊片來(lái)增加電阻，并通過(guò)增加電流下降時(shí)間有效減小了焊接接頭的空洞分?jǐn)?shù)。

逆變電阻點(diǎn)焊在鎂合金焊接過(guò)程中較交流電阻點(diǎn)焊具有焊接過(guò)程穩(wěn)定、飛濺小、焊縫成形良好等優(yōu)點(diǎn)，因此，深入研究逆變電阻點(diǎn)焊設(shè)備在鎂合金焊接的應(yīng)用將具有深遠(yuǎn)意義。

3．5 激光焊(LBW)及電弧復(fù)合焊

激光焊具有能量密度高，焊接速度快，焊接變形小等優(yōu)點(diǎn)，且隨著激光焊接設(shè)備性價(jià)比的提高，激光焊在鎂合金領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。Wahba等人［19］利用激光設(shè)備實(shí)現(xiàn)了AZ91D鎂合金與非金屬材料的焊接。Chowdhury［20］則對(duì)AZ31B鎂合金的光纖激光焊與半導(dǎo)體激光焊進(jìn)行了對(duì)比研究。鎂合金激光焊可以不用填充材料，但這容易產(chǎn)生焊接缺陷，如合金燒損、氣孔、裂紋及表面凹陷等，所以通常選用與母材成分匹配的填充金屬進(jìn)行激光焊。Wang等人［21］采用填絲焊工藝，獲得良好的AZ31鎂合金CO2激光焊接頭。華中科技大學(xué)的唐海國(guó)等人［22］提出了一種加入填充金屬的激光補(bǔ)焊工藝，即先進(jìn)行自熔焊，然后在接頭表面的凹坑缺陷內(nèi)放置兩根直徑2 mm的焊絲，利用直徑3 mm的光斑進(jìn)行激光掃描，使其熔化形成補(bǔ)焊接頭。

激光－電弧復(fù)合焊是20世紀(jì)70年代末提出并快速發(fā)展的一種優(yōu)質(zhì)高效焊接工藝，與單獨(dú)激光焊相比，對(duì)焊接接頭的裝配精度大幅降低，通過(guò)填充焊絲可有效地改善焊縫質(zhì)量及冶金組織，尤其在焊接高熱導(dǎo)率的金屬材料時(shí)有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如鋁、鎂銅等金屬。該方法增加了激光的吸收率并使電弧穩(wěn)定性提高，使焊接熱源集中，增強(qiáng)穿透力，從而可以進(jìn)行鎂合金優(yōu)質(zhì)焊接。宋剛等人［23］對(duì)AZ31B鎂合金激光－TIG電弧復(fù)合焊工藝進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)復(fù)合焊接工藝的熔深分別是單獨(dú)TIG焊、單獨(dú)激光焊熔深的4倍與2倍，但是在不填充焊絲的情況下，激光－TIG電弧復(fù)合焊無(wú)法從根本上解決鎂合金焊接過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷，且熔深較小，僅適用于薄板焊接。有研究表明CO2激光與MIG電弧復(fù)合焊可以實(shí)現(xiàn)10 mm厚AZ31鎂合金的連接，焊接熔深比單獨(dú)MIG焊提高近10倍，而焊接速度比單獨(dú)激光焊增加50%，上述的缺陷問(wèn)題也能得到有效消除［24］。

設(shè)計(jì)激光－電弧復(fù)合熱源的能量分布狀態(tài)，進(jìn)行鎂合金與鋼鐵、鋁等金屬材料的優(yōu)質(zhì)連接，控制中間金屬化合物的形成，這些成果將會(huì)使激光－電弧復(fù)合具有更廣闊的發(fā)展空間。

3．6 熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)

Lockwood［25］在早期就開展了 AZ31B鎂合金 MIG焊試驗(yàn)，研究了各工藝參數(shù)對(duì)焊縫成形的影響。Rethmeier［26］利用MIG焊進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī) MIG焊無(wú)法實(shí)現(xiàn)熔滴穩(wěn)定過(guò)渡，焊接過(guò)程中有大量飛濺，這是波形單一導(dǎo)致的。他們重新對(duì)波形進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)短路電弧與脈沖的疊加，飛濺得到有效控制，使用該方法獲得的3．2 mm厚鎂合金接頭強(qiáng)度達(dá)到母材的80%。

2010年，南京理工大學(xué)對(duì)鎂合金薄板進(jìn)行直流脈沖單/雙絲MIG焊，焊絲直徑為1．6 mm，焊接接頭強(qiáng)度分別達(dá)到母材的93%和94%。大連理工大學(xué)［27］在2009～2012年期間，先后對(duì)鎂合金進(jìn)行了一系列MIG焊試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)波形改進(jìn)，在直流脈沖MIG焊的基礎(chǔ)上添加后處理電流和負(fù)半波電流，完成了AZ31B鎂合金的焊接。獲得的接頭焊縫處晶粒均勻、細(xì)小，晶界處Al，Mn等元素偏析嚴(yán)重，熱影響區(qū)晶粒粗化，焊接接頭強(qiáng)度分別達(dá)到母材強(qiáng)度的96%和97．2%，焊縫斷裂形式為解理斷裂。

鎂合金MIG焊工藝較其他焊接方法成熟，研究也比較深入，但在鎂合金MIG焊接接頭熱處理工藝研究相對(duì)薄弱，研究人員可利用高溫共聚焦顯微鏡實(shí)時(shí)觀察組織演變，根據(jù)組織變化情況，制訂合適的熱處理溫度、固溶及時(shí)效時(shí)間。

3．7 釬焊

鎂合金釬焊技術(shù)的研究始于上世紀(jì)六七十年代，其中火焰釬焊、爐中釬焊均適用于鎂合金的連接。到目前為止，鎂合金釬焊的發(fā)展仍然比較慢，新型釬料與母材的潤(rùn)濕依然是制約鎂合金釬焊技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

隨著輕金屬在航空航天等領(lǐng)域的大范圍應(yīng)用，鎂合金釬焊又成為研究熱點(diǎn)。鎂合金在釬焊過(guò)程中容易被氧化，阻礙釬料鋪展，因此在釬焊過(guò)程中通常采用氬氣進(jìn)行保護(hù)。北京工業(yè)大學(xué)［28］進(jìn)行鎂合金釬焊時(shí)采用爐中高頻感應(yīng)加熱，并根據(jù)鎂合金特點(diǎn)，制作特殊感應(yīng)線圈以及氣體保護(hù)裝置，獲得了較好的效果。吳中輝［29］在氬氣保護(hù)筒式電阻爐中釬焊AZ31B鎂合金，利用自動(dòng)控溫儀進(jìn)行溫度精確控制，獲得了較好的釬焊接頭。合肥工業(yè)大學(xué)［30］分別在真空環(huán)境(真空度為10－1～10－2Pa)和氬氣保護(hù)(氬氣純度99．99%)兩種情況下進(jìn)行鎂合金釬焊，結(jié)果接頭在常規(guī)的真空環(huán)境和氬氣保護(hù)環(huán)境下會(huì)發(fā)生氧化，釬焊效果較差。陳振華等人［31］在釬焊 AM60B鎂合金時(shí)，制作了 Mg65Cu22Ni3Y10釬料，在500℃左右進(jìn)行釬焊，得到了較好的釬焊接頭，沒有缺陷，僅有少量的Cu偏聚于界面。

鎂合金釬焊的下一步發(fā)展應(yīng)著重于鎂合金釬料的研發(fā)，如晶態(tài)三元鎂基、鋁基及鋅基釬料，通過(guò)添加稀土元素及合金調(diào)整開發(fā)具有低熔點(diǎn)、固液相線區(qū)間狹窄的鎂合金釬料。另外，也可以利用有限元分析軟件模擬焊接過(guò)程，研究鎂合金釬料、釬劑、母材的相互作用機(jī)理。

4 鎂合金焊接新技術(shù)

目前，鎂合金超聲輔助過(guò)渡液相擴(kuò)散(U－TLP)連接方法的研究處于開始階段，但具有很大應(yīng)用潛力，目前已經(jīng)研究了中間層材料、超聲作用時(shí)間及焊接溫度對(duì)接頭組織與性能影響，下一步將在超聲振幅、中間層厚度等參數(shù)繼續(xù)研究，該方法存在拓展應(yīng)用的可能。在DE－GMAW的基礎(chǔ)上，用銅電極替換旁路TIG焊槍的鎢極，南昌大學(xué)［32］為鎂合金薄板焊接研究提供了新的思路和方法。

蘭州理工大學(xué)劉驍?shù)热耍?3］采用無(wú)匙孔攪拌摩擦點(diǎn)焊和真空擴(kuò)散焊對(duì)AZ31B鎂合金和DP600鍍鋅鋼板進(jìn)行搭接點(diǎn)焊試驗(yàn)，利用掃描電鏡、能譜儀及拉伸試驗(yàn)對(duì)無(wú)匙孔攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭與真空擴(kuò)散焊接頭進(jìn)行微觀組織及力學(xué)性能的對(duì)比分析。結(jié)果表明，鎂/鋼無(wú)匙孔攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭結(jié)合方式為機(jī)械與冶金結(jié)合混合形式，鎂鋼界面發(fā)生擴(kuò)散，生成由Mg，F(xiàn)e，O形成的金屬間化合物，鎂合金中的合金元素與鐵生成金屬間化合物，接頭抗剪切載荷平均可達(dá)10．36 kN。

5 結(jié)束語(yǔ)

鎂合金在軍工、軌道交通、核電、飛機(jī)等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，這些鎂合金結(jié)構(gòu)離不開焊接技術(shù)的支撐，大多數(shù)的焊接方法均可以用于鎂合金材料的焊接，而且每種焊接方法都具有各自的特點(diǎn)。這些焊接方法的研究工作正逐步趨于完善，隨著高性能鎂合金材料研究工作的發(fā)展，研究開發(fā)具有抗氧化、高韌高強(qiáng)、耐高溫、焊接工藝性能良好的焊接材料，研制新型焊接設(shè)備，提高焊接接頭的綜合性能，以滿足鎂合金高品質(zhì)焊接需求，還需要研發(fā)技術(shù)人員堅(jiān)持不懈的努力。目前，鎂合金焊接研究突破點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面:

(1)鎂合金焊絲的研發(fā)。目前應(yīng)用的鎂合金焊絲無(wú)論在焊絲表面狀態(tài)、抗氧化性、焊接工藝性、焊接冶金性能均存在不足，研發(fā)高品質(zhì)的鎂合金焊絲對(duì)于鎂合金的推廣應(yīng)用具有重要意義。

(2)鎂合金與其他金屬的焊接。應(yīng)加大鎂合金與異種金屬(如鈦、鋅、銅等)焊接技術(shù)的研發(fā)力度，這將會(huì)有利于推廣鎂合金在航空航天、軍事裝備的應(yīng)用。

(3)鎂合金焊接過(guò)程的控制。由于鎂合金的物理特點(diǎn)，使其焊接過(guò)程較其他金屬更為復(fù)雜，如何根據(jù)熔池形態(tài)、電弧特性及熔滴過(guò)渡形式，有效控制焊縫避免缺陷的產(chǎn)生將成為鎂合金可靠焊接的一個(gè)重要研究方向。

(4)鎂合金焊接接頭疲勞失效分析技術(shù)研究。在強(qiáng)化接頭性能條件下，深入研究焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接接頭失效行為的影響及焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化，尤其是研究剛起步的超聲沖擊及超聲沖擊表面自納米化對(duì)失效行為的影響，進(jìn)一步探討超聲沖擊參數(shù)對(duì)焊接接頭自納米化程度、殘余應(yīng)力分布的影響。雖然強(qiáng)化接頭組織結(jié)構(gòu)可以提升疲勞失效保證系數(shù)，深入研究更加強(qiáng)化的疲勞保證手段仍然迫在眉睫。

［1］ 苗玉剛，劉黎明，趙 杰．變形鎂合金熔焊接頭組織特征分析［J］．焊接學(xué)報(bào)，2015，24(2):63 －65．

［2］ 張桂清，任英磊，劉 凱，等．磁場(chǎng)作用下鎂合金A－TIG焊工藝參數(shù)的優(yōu)化［J］．焊接學(xué)報(bào)，2016，37(8):105－108．

［3］ Esparza J A，Davis W C，Trillo E A，et al．Friction－stir welding of magnesium alloy AZ31B［J］．Journal of Materials Science Letters，2002，21(12):917 －920．

［4］ Nakata K，Inoki S，Nagano Y，et al．Weldability of friction stir welding of AZ91D magnesium alloy thixomolded sheet［J］．Journal of Japan Institute of Light Metals，2001，51(10):528－533．

［5］ 張 華，林三寶，吳 林，等．AZ31鎂合金攪拌摩擦焊接頭的力學(xué)性能［J］．焊接學(xué)報(bào)，2013，24(6):65－68．

［6］ 閆忠琳，葉 宏，龍 剛，等．鎂合金電子束焊焊接接頭微觀組織特征［J］．電焊機(jī)，2009，39(12):75 －77．

［7］ Chi C T，Chao C G，Liu T F，et al．A study of weldability and fracture modes in electron beam weldments of AZ series magnesium alloys［J］．Materials Science ＆ Engineering A，2006，435(11):672－680．

［8］ 張英明．純鎂和AZ31鎂合金的電子束焊接性能［J］．稀有金屬快報(bào)，2013(4):25－26．

［9］ 朱智文，蔣曉斌．AZ31鎂合金電子束焊焊接接頭微觀組織特征［J］．熱加工工藝，2014(5):209－210．

［10］ 郎 波，馬金瑞，孫大千，等．鎂合金電阻點(diǎn)焊焊接性研究［J］．焊接，2010(4):24 －29．

［11］ 郎 波，馬金瑞，孫大千，等．鎂合金電阻點(diǎn)焊接頭的拉剪斷裂［J］．焊接，2010(10):13－17．

［12］ 陳大軍，郎 波，孫大千，等．鎂合金電阻點(diǎn)焊液化裂紋機(jī)理研究［J］．電焊機(jī)，2009，39(7):14 －17．

［13］ 王亞榮，張忠典．鎂合金電阻點(diǎn)焊接頭中的缺陷［J］．焊接學(xué)報(bào)，2006，27(7):9 －12．

［14］ 王亞榮，張忠典，馮吉才．鎂合金電阻點(diǎn)焊內(nèi)部噴濺產(chǎn)生的原因分析［J］．焊接學(xué)報(bào)，2007，28(7):25 －30．

［15］ 王亞榮，張忠典，馮吉才．鎂合金交流電阻點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能及顯微組織分析［J］．機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2004，40(5):131－135．

［16］ 王亞榮，馮吉才，張忠典．鎂合金電阻點(diǎn)焊接頭斷裂行為的有限元分析［J］．電焊機(jī)，2009，39(9):54 －58．

［17］ 王亞榮，張忠典，馮吉才，等．鎂合金交流和直流點(diǎn)焊接頭組織分析［J］．焊接學(xué)報(bào)，2004，25(6):11 －14．

［18］ 石紅信，邱然鋒，于 華，等．汽車用鎂合金薄板點(diǎn)焊新工藝及設(shè)備分析［J］．電焊機(jī)，2010，40(5):55 －59．

［19］ Wahba M，Kawahito Y，Katayama S．Laser direct joining of AZ91D thixomolded Mg alloy and amorphous polyethylene terephthalate［J］．Journal of Materials Processing Technology，2011，211(6):1166－1174．

［20］ Chowdhury S M，Chen D L，Bhole S D，et al．Microstructure and mechanical properties of fiber-laser-welded and diode-laser-welded AZ31 magnesium alloy［J］．Metallurgical and Materials Transactions A，2011，42(7):1974－1989．

［21］ Wang H Y，Li Z J．Effect of filler wire on the joint properties of AZ31 magnesium alloys using CO2laser welding［J］．China Welding，2007，16(2):16－21．

［22］ 唐海國(guó)，高 明，曾曉雁．鎂合金厚板激光焊縫組織及抗拉強(qiáng)度研究［J］．激光技術(shù)，2011，35(2):152－157．

［23］ 宋 剛，劉黎明，王繼鋒．激光－TIG復(fù)合焊接鎂合金AZ31B 焊接工藝［J］．焊接學(xué)報(bào)，2004，25(3):31－35．

［24］ 高 明，譚 兵，馮杰才，等．工藝參數(shù)對(duì)AZ31鎂合金激光－MIG復(fù)合焊縫成形的影響［J］．中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2009，19(2):222 －227．

［25］ Lockwood L F．Gas metal arc welding Of AZ31B magnesium alloy sheet［J］．Welding Jounral，1993，42(10):807 －818．

［26］ 田如娜．ZM6鑄造鎂合金MIG焊接工藝與性能分析研究［D］．太原:中北大學(xué)碩士學(xué)位論文，2015．

［27］ 王 聰．鎂合金脈沖MIG焊及低功率YAG激光+脈沖MIG電弧復(fù)合焊接工藝研究［D］．遼寧大連:大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011．

［28］ 王立志．AZ31B鎂合金釬料及接頭性能研究［D］．北京:北京工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008．

［29］ 吳中輝．鎂合金釬料制備及接頭性能的研究［D］．遼寧大連:大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009．

［30］ 羅 慶，徐道榮．AZ31鎂合金的爐中釬焊試驗(yàn)研究［J］．輕金屬加工技術(shù)，2008，36(3):43 －44．

［31］ 陳振華，司乃潮，張扣山，等．塊體Mg65Cu22Ni3Y10非晶態(tài)合金的制備及在焊接中的應(yīng)用［J］．中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2007(17):133－137．

［32］ 張玉剛，馬國(guó)紅，彭小飛，等．基于鎂合金薄板的 DEGMAW的焊接方法改進(jìn)［J］．上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2016(50):110－113．

［33］ 劉 驍，王希靖，景文霞，等．AZ31B鎂合金/鍍鋅鋼無(wú)匙孔攪拌摩擦點(diǎn)焊結(jié)合方式［J］．焊接學(xué)報(bào)，2016，37(8):17－20．

TG406

2016－12－17

方乃文，1987年出生，碩士研究生，工程師。主要從事團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂、有色金屬焊接材料研發(fā)及其焊接工藝，已發(fā)表論文14篇。