吳國華， 張國慶， 童鑫， 張亮， 丁文江

（上海交通大學輕合金精密成型國家工程研究中心與金屬基復合材料國家重點實驗室，上海200240）

鎂合金具有較高的比強度和比剛度，導熱性和消震性優(yōu)良，且切削加工的性能優(yōu)良，但是鎂合金的絕對強度不高，特別是耐熱性能不佳，限制了其在工業(yè)上的進一步應用[1-4]。 而部分稀土元素在鎂中具有較大固溶度，能夠產生良好的固溶強化效果；且其固溶度隨溫度變化顯著， 為時效強化提供了有利條件，可以析出熱穩(wěn)定性較高的彌散相粒子[5-7]。 因此向鎂合金中加入稀土元素能夠大幅提高合金的室溫及高溫強度、抗蠕變性能及耐熱耐蝕性能。 目前開發(fā)出的鑄造 Mg-10Gd-3Y-0.5Zr 在200 ℃下極限抗拉強度達350 MPa，125 ℃下可達368 MPa[8-9]。目前鎂稀土合金已被應用在交通運輸、 航空航天、國防軍工等領域，如發(fā)動機機匣、導彈艙體、導彈機翼、衛(wèi)星支架等多種航空航天部件，減重效果可達20%～30%， 大幅降低航空航天飛行器的發(fā)射成本，提高其機動能力[10-11]。

隨著鎂稀土合金應用領域的拓展，對大型復雜結構件的需求將愈加強烈。而通過使用焊接工藝，可將小型、簡單的鑄件進行連接，進而獲得結構復雜程度較高的鎂稀土合金構件。 此外，焊接工藝在鎂稀土合金部件的缺陷修復上有獨特的技術優(yōu)勢。 因此，研究鎂稀土合金焊接工藝具有較大的科學和工程應用價值。

1 鎂稀土合金可焊性

1.1 常規(guī)鎂合金焊接缺陷

鎂合金的化學活潑性強，熔點較低并且熱導率和熱膨脹系數(shù)較大，因此鎂合金在焊接過程中容易形成氣孔、熱裂紋、夾雜、變形等焊接缺陷。

根據(jù)圖1 氣孔內壁合金成分不同，氣孔可以分為以N2為主的卷入型宏觀氣孔和以H2為主的析出型微觀氣孔[12]。 卷入型氣孔主要分布在焊縫中部處，其尺寸偏大且內部粗糙，表現(xiàn)為不規(guī)則形狀；而析出型氣孔主要分布在焊縫表皮附近，其尺寸較小，內壁光滑。焊接熱輸入的增加會使氣孔率和最大氣孔尺寸同時增加[13]。

圖1 鎂合金焊接氣孔形貌[13]Fig. 1 Morphology of the welding pores in magnesium alloy[13]

鎂合金焊接熱裂紋可分成凝固裂紋和液化裂紋。焊縫溫度降至固相線附近時，晶間的殘余液相在收縮應力的作用下分離造成了凝固裂紋，而液化裂紋是由于靠近焊縫的區(qū)域處于過熱條件時，共晶化合物熔化成為液相，在應力作用下液膜分離造成開裂。 激光焊在高焊接速度下，隨焊接速度的增大，焊縫熱裂傾向也越大[14]；鎂合金中鎂元素對氧的親和度較大，易與氧氣反應生成MgO。 接頭形成夾雜的來源主要有2 種，一種是焊接前在母材表面殘余的氧化膜，另一種是焊接中熔池表面形成的氧化物卷入熔池內部所致；此外由于鎂合金熱導率較高，熱膨脹系數(shù)大，約為鋁的1.2倍，所以焊縫冷卻速度快，熱影響區(qū)和母材在熔池凝固產生的收縮應力作用下產生較大變形，導致焊件形狀、尺寸發(fā)生變化[15]。

1.2 稀土元素對鎂合金可焊性的影響

研究和實踐表明，由于稀土元素獨特的物理化學性質，會改變鎂合金熔體的黏度、熱導率等特性，因此其凝固過程與常規(guī)鎂合金相比會發(fā)生變化，對鎂合金的焊接性能產生諸多影響。

稀土元素與氧氣親和度相比于鎂與氧的親和度更大（親和度大小依次為Y>Gd>Nd>Mg），且焊接過程中稀土元素在熔池表面聚集，在熱輸入較大時極易與氧氣反應生成熔點高、 密度大的稀土氧化物，如Gd2O3和 Y2O3密度分別為 7.407 g/cm3和 5.01 g/cm3，遠大于鎂液密度。氧化物在外力作用下易卷入熔池內部，且焊接過程熔池凝固速度較快，夾雜物難以去除，降低了鎂稀土合金的可焊性；且在焊接過程中，鎂易與大氣中的水蒸氣反應使鎂合金有較強的吸氫傾向，這也是導致接頭中出現(xiàn)氫氣孔的主要原因。當鎂合金中存在稀土元素時，稀土元素會與熔池中氫以及水氣發(fā)生下述反應：

生成稀土氫化物和稀土氧化物，根據(jù)羅治平等[16]的計算得，該反應具有很強的驅動力，從而使熔池中氫元素被消耗，進而避免接頭中氣孔的產生。 此外稀土元素的添加有細化晶粒的作用，增大了晶界、相界的面積，加強對氫元素的束縛，從而減少了接頭中自由氫的含量。但同時由于這一反應有稀土氫化物和稀土氫化物的生成，增加了接頭中的夾雜物的數(shù)量。

在熔池凝固的時候，固液界面處稀土元素富集形成成分過冷， 抑制焊縫處金屬以平面或胞狀方式生長，而更傾向于以樹枝晶或等軸晶方式生長，在過冷區(qū)形成細小的等軸晶，并且稀土元素的富集可以阻礙α-Mg 晶粒的生長，進一步起到細化焊縫熔合區(qū)晶粒的作用，提高鎂稀土合金焊接接頭的力學性能[17]；而稀土元素作為鎂合金的表面活性元素[18]，可以降低鎂合金的表面張力，使吸附和溶解于液態(tài)金屬的氫量減少，這同樣可以減少焊縫中氣孔的產生。如圖2 所示，加入稀土后鎂合金的析出型氣孔數(shù)量明顯減少。此外由稀土元素與鎂的二元相圖可知，鎂與稀土元素在富鎂端往往是簡單共晶的，相比于α-Mg 基體可以形成更低熔點的共晶化合物，適當含量稀土的加入，可以降低鎂稀土合金液相線及固相線的溫度[19]。因此在熔池溫度不變時，鎂合金中少量稀土元素可以提高熔池的流動性，進而增加鎂稀土合金的可焊性。

圖2 加入稀土前后AZ61 鎂合金TIG 焊焊縫截面形貌[13]Fig. 2 Cross-section morphology of AZ61 TIG weld with and without Nd-rich rare earth addition[13]

鎂稀土合金的可焊性優(yōu)良，但在實際操作過程中如何通過優(yōu)化焊接工藝以減少接頭中氧化夾雜、氣孔等焊接缺陷仍有待進一步的研究。

2 鎂稀土合金焊接工藝

鎂稀土合金可靠的焊接工藝是拓寬其應用領域的關鍵途徑之一。根據(jù)焊接過程中母材是否熔化鎂稀土合金的焊接工藝可分為熔焊和壓焊2 大類，再根據(jù)加熱方式、工藝特點或其他特征可進一步區(qū)分。

2.1 熔焊

2.1.1 電弧焊

鎂稀土合金常用電弧焊接工藝為鎢極氣體保護（TIG）焊和熔化極氣體保護（MIG）焊，TIG 焊是通過鎢電極與焊件間產生電弧熱熔化母材和焊絲實現(xiàn)連接，而MIG 焊是以可熔化的焊絲作為電極，因此熱輸入較 TIG 焊更大[20]。

對GW53 鎂稀土合金采用TIG 焊， 通過改變焊接速度、焊接電流和氬氣流量，探究TIG 焊工藝參數(shù)對接頭成型性能的影響。 在焊接速度5 mm/s、焊接電流175 A、 氬氣流量11 L/min 下進行TIG 焊可得到成型良好的接頭，且焊接接頭系數(shù)高達98%，基本可以達到母材的強度水平[21-22]。 由圖3 可以看出，接頭不同區(qū)域下的組織明顯不同。 GW53 鎂稀土合金焊縫區(qū)由細小的等軸晶構成， 其晶粒尺寸明顯比母材區(qū)和熱影響區(qū)的要細小，屬于明顯的鑄造急冷組織，而熱影響區(qū)則是粗大的晶粒， 這也是造成焊接接頭力學性能下降的主要原因之一。 研究表明，TIG 焊Mg-2.3Nd-1.2Gd-0.3Zn-0.3Zr 所得接頭抗拉強度為230 MPa，為母材的80%左右，伸長率約為母材50%，焊縫總體硬度與母材相差不大，在焊縫邊緣處出現(xiàn)局部低值，相比于經過T6 處理的母材，焊縫區(qū)存在明顯的鑄態(tài)組織特征[23]。

圖3 GW53 鎂合金TIG 焊熔合區(qū)與熱影響區(qū)過渡區(qū)域的SEM 圖像[22]Fig. 3 SEM micrograph of the transition zone between FZ and HAZ in TIG welding of GW53[22]

由于常規(guī)的TIG 焊的焊縫熔深較淺， 熔敷率較低，活性焊劑鎢極氬弧焊（A-TIG 焊）逐漸進入人們的視野。 這種方法是在傳統(tǒng)TIG 焊之前，在焊件表面涂上一層表面活性劑，焊接時活性劑使得熔池內液態(tài)金屬流態(tài)發(fā)生變化或引起電弧收縮，在焊縫寬度基本不變的前提下，可以使得焊接時熔深顯著增加，約為常規(guī) TIG 焊的一倍[24-25]。

電弧焊接設備操作較簡單，運行成本低且靈活性較強，適合用于工業(yè)化生產，目前是鎂稀土合金焊接最主要的方法之一，但電極的載流能力有限，因此適用于薄板焊接。

2.1.2 激光焊

激光焊是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密的焊接工藝，具有能量密度高、熱輸入量少、焊接速度快、接頭變形小等優(yōu)點，同時激光焊在熱輸入量相同的情況下可得到較大熔深焊道[26]。

焊接速度、激光功率、離焦量、側吹氣體流量、保護氣體流量等焊接工藝參數(shù)對激光焊焊縫成形均會產生影響。 在WE43 焊件未被焊透時，如圖4 和圖5中所示，隨著激光功率的增大，熔池溫度增加，熔深、熔寬及其比值也變大[27]。 而在焊件被焊透的情況下，焊接速度對于焊縫熔寬影響明顯，如圖6 所示激光功率對焊縫背面熔寬和背面余高的影響較大。 而離焦量, 側吹氣體流量和保護氣體流量的改變主要影響到焊縫背面熔寬, 對其他焊縫成形參數(shù)的影響不大，其中以焊接速度和激光功率的變化對焊縫成形影響最大[28]。

圖4 不同能量密度下WE43 激光焊熔合區(qū)形貌[27]Fig. 4 Optical micrographs of FZ of WE43 laser welding under different energy density[27]

圖5 不同能量密度下WE43 激光焊熔合區(qū)溫度-時間曲線[27]Fig. 5 Temperature-time of FZ of WE43 laser welding under different energy density[27]

圖6 不同激光功率下NZ30K 激光焊焊縫成形參數(shù)變化曲線[28]Fig. 6 Curve of weld forming parameters of NZ30K laser welding under different laser power [28]

對NZ30K 鎂稀土合金采用CO2激光焊，焊縫焊透之前抗拉強度隨熱輸入的增加而增加，最高可達母材的79.8 %，隨著激光功率的增加，接頭正面熔寬變化不大，背面熔寬增加，在焊縫焊透之后，接頭抗拉強度隨熱輸入增加變化不大。 常規(guī)鎂合金經激光焊后出現(xiàn)氣孔，焊縫與母材界限明顯，而鎂稀土合金激光焊的焊縫無明顯缺陷[29]。 不同厚度的NZ30K鎂合金板焊縫組織也不相同, 較薄合金板對應的焊縫組織為樹枝晶,較厚合金板對應的焊縫組織為細小等軸晶[30]。 采用激光焊對Mg-Nd-Zn-Zr 鑄件進行補焊，在激光功率為 4 000 W，焊接速度為10 mm/s時的焊接圖如圖7 所示。 在圖7 中可以看到修復層與基體連接良好且沒有明顯缺陷；熔合區(qū)組織由細小等軸晶組成，熱影響區(qū)幾乎不存在。 修復試樣的抗拉強度達到基體的90%[31]。

圖7 Mg-Nd-Zn-Zr 合金激光焊修復試樣[31]Fig. 7 Mg-Nd-Zn-Zr alloy laser welding repair sample [31]

激光焊的缺點是其激光必須達到一個特定的閾值，且鎂稀土合金表面對激光束的吸收率較小，因此可以采用激光-電弧復合焊接工藝，這種技術綜合了激光與電弧的優(yōu)勢，并能夠減少激光能量的耦合現(xiàn)象和改善電弧的穩(wěn)定性，克服了單獨使用激光焊時鎂稀土合金表面吸收率低的缺點， 同時也降低了閾值需求，增加焊接過程的穩(wěn)定性[32]。 對AZ31B 變形鎂合金采用激光-TIG 復合焊， 焊接速度高于TIG 焊且熔深大于激光焊。在高速焊接下，激光-TIG 焊穩(wěn)定性明顯高于TIG 焊。 目前鎂稀土合金激光-電弧焊相關研究較少，且在實際應用中需要控制的參數(shù)較多，如激光功率、電弧電流、焊接速度、激光與電弧配合方式、保護氣體流量等，焊接過程較復雜且不易控制。 鎂稀土合金在焊接過程中接頭易發(fā)生變形，且鎢極在激光的高溫作用下燒損嚴重[33]。因此，鎂稀土合金的激光-電弧焊還需要進一步深入研究。

與電弧焊相比，激光焊不需要電極，能夠節(jié)約工時和成本，并且可對密閉的透明材料內部的金屬材料進行焊接。

2.1.3 電子束焊

電子束焊是利用高電場產生高速電子，會聚后轟擊焊件焊縫處，使高速電子流的動能轉化為熱能從而使焊件熔化，形成焊接接頭的一種焊接工藝。 電子束焊的特點是能量密度高，穿透能力強，熔池深寬比較大，焊接速度較快，對鎂稀土合金薄、厚件均可一次焊透。焊接過程在真空中完成，熱損失較小，且對于極易氧化的鎂稀土合金來說可以起到很好的保護作用[34]。

由于電子束的能量密度高，因此電子束焊得到的接頭熱影響區(qū)窄，強度明顯提高。 焊縫的抗裂性能隨能量密度增加和熱輸入量減少而增加，因此鎂合金電子束焊焊接接頭抗裂性能要比傳統(tǒng)焊接工藝焊接接頭高很多。但是電子束焊得到的鎂合金焊縫形狀與母材過渡較陡峭，這對于一些精度需求高的焊件是不允許的，并且焊接時容易出現(xiàn)起弧、氣孔和焊縫下塌等現(xiàn)象[35]。 對AZ31 鎂合金板材采用電子束焊接，探究加速電壓、聚焦電流、焊接速度、電子束流等工藝參數(shù)對接頭宏觀形貌的影響。 增大加速電壓或電子束流，會使焊縫熔寬和熔深都得到增加，并且電子束流變化的影響更顯著；而焊接速度增加會使焊縫熔寬和熔深減小，在母材被焊透后，焊縫形狀會由釘形轉變?yōu)槠街毙危?增大聚焦電流會造成焊縫宏觀形貌顯著變化，焦點偏離聚焦位置越遠，焊縫的深寬比越小[36]。

電子束焊適用于大厚度鎂稀土合金板的焊接。但是電子束焊需要在真空環(huán)境下操作，設備以及焊槍結構復雜，運行成本、投資成本較高，限制了其在工業(yè)上的推廣應用，因而目前鎂稀土合金電子束焊接的相關報道非常少。

2.2 壓焊

2.2.1 攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊是通過攪拌頭邊旋轉邊移動， 利用攪拌頭與焊件之間產生的摩擦熱使焊接部位金屬處于熱塑性狀態(tài)，在攪拌頭施加的軸向壓力下實現(xiàn)連接，因此攪拌摩擦焊工藝參數(shù)較簡單，主要有攪拌頭旋轉速度、焊接速度和對焊件的壓力等，如圖8和圖9 中所示為攪拌頭旋轉速度和焊接速度的變化會影響到接頭宏觀形貌[37-38]。 在整個焊接過程中焊縫區(qū)金屬不熔化，不產生煙塵、飛濺，不需要填充材料和氣體保護，因此能夠避免熔焊中的各種焊接缺陷，焊件變形較小[39-40]。

表1 列舉了幾種鎂稀土合金攪拌摩擦焊接頭的力學性能，在合適工藝參數(shù)下接頭抗拉強度可達母材的90%左右。 采用攪拌摩擦焊連接Mg-Gd-Y 系合金，焊接接頭區(qū)根據(jù)微觀組織和力學性能變化可劃分為3 個區(qū)域：焊核區(qū)（WNZ）發(fā)生動態(tài)再結晶，為等軸細晶且硬度最高；熱機械影響區(qū)（TMAZ）具有熱變形特征，晶粒延變形方向拉伸；熱影響區(qū)（HAZ）晶粒尺寸與母材（Cast-T6）相當，在 TMAZ 和 HAZ 中第二相粗化，硬度低于母材，但其仍然能保持120°交錯分布特征，從而可以獲得強度較高的焊接接頭[41-42]。 焊縫顯微硬度在前進側出現(xiàn)最低值，表明前進側是焊縫的薄弱位置。 對于Zn 含量較高的鎂稀土合金，由于熔焊時熱裂傾向較大且Zn 元素熔點較低（420 ℃）易損失，因此更適合采用攪拌摩擦焊。對NZ20K 進行攪拌摩擦焊，接頭成型良好，抗拉強度達母材的75%[43]。

圖8 不同旋轉速度下ZK60-Gd 攪拌摩擦焊接頭宏觀形貌[37]Fig. 8 Macrographs of ZK60-Gd FSW joints at different rotation speeds[37]

圖9 轉速為1 000 r/min 時不同焊接速度下ZG61-AZ91D 攪拌摩擦焊接頭宏觀形貌[38]Fig. 9 Macrostructures of ZG61-AZ91D FSW joints obtained at the rotation speed of 1000 r/min with different welding speeds[38]

表1 鎂稀土合金攪拌摩擦焊拉伸性能Table 1 Tensile properties of FSW joints of Mg-RE alloys

攪拌摩擦焊是鎂稀土合金焊接中很具有發(fā)展前景的一種焊接工藝，且焊接過程中涉及的工藝參數(shù)簡單， 但是目前攪拌摩擦焊由于受到其焊接原理的限制，存在一些缺陷。 例如被焊接工件必須在墊板上被夾緊防止被焊穿；攪拌摩擦焊焊縫末段會留下一個小孔， 絕大多數(shù)情況下需要通過其他焊接工藝來填充；焊接過程受工件夾緊方向和焊縫方向的限制，目前較難應用在復雜結構的焊件上。

2.2.2 電阻點焊

電阻點焊是利用電極的壓力將焊件夾在一起，電極兩端通過大電流，由于焊件的電阻而產生熱量熔化金屬形成焊核。 電阻點焊中主要工藝參數(shù)有焊接電流、焊接時間、電極壓力等[45]。 對Mg-Zn-Y 高強鎂合金進行電阻點焊，接頭熔核直徑和抗剪強度隨焊接電流的增大而增大，焊接電流為4 500 A 時，抗剪強度達142 MPa， 熔核處的第二相呈網(wǎng)狀分布，α-Mg 晶粒變粗，直徑達30 μm，熔核的這些組織特征是造成接頭力學性能弱化的主要原因[46]。

由于鎂稀土合金獨特的性質，其在電阻點焊過程中對工藝參數(shù)的敏感程度要遠高于其他金屬材料，因此通過電阻點焊形成的接頭中很容易出現(xiàn)裂紋、縮孔等內部缺陷, 對接頭的力學性能影響較大。

2.2.3 擴散焊

擴散焊是指在一定的溫度和壓力下，使被連接面發(fā)生微觀塑性變形或者產生微觀液相，經過一段時間相互擴散形成接頭的一種焊接工藝。擴散焊中需要控制的參數(shù)主要為焊接溫度、施加壓力和焊接時間。 作為一種先進固相連接技術，擴散焊可以對大型復雜面一次性焊接成型，克服了攪拌摩擦焊不能用于復雜焊件的缺點[47]。

采用擴散焊連接Mg-Gd 合金， 在焊接溫度為550 ℃時接頭強度可達母材88.3%[48]。 當擴散焊溫度低于共晶溫度時，Gd 原子擴散到連接界面處形成共晶化合物，從而提高了接頭強度，擴散焊溫度高于共晶溫度時， 連接界面處形成的微觀共晶液相在壓力作用下填充到界面空隙處，凝固后完成連接，但共晶液相的數(shù)量會隨焊接溫度升高而急劇增加， 從而導致接頭形成大量的微裂紋， 如圖10 所示在2 560 ℃下成型的接頭存在不完全連接的現(xiàn)象， 因此在擴散焊中需要選用適宜的焊接溫度。 但是擴散焊需要對材料進行長時間加熱、保溫，成形效率較其他焊接工藝低。

圖10 不同溫度下形成的Mg-Gd 合金擴散焊接頭[48]Fig. 10 Mg-Gd alloy diffusion-bonded joints formed at different temperatures[48]

由于稀土元素與鎂的化學性質均較為活潑， 因而目前鎂稀土合金焊接發(fā)展的主要方向之一便是研發(fā)熱輸入低、成形好、熱影響區(qū)窄、接頭缺陷少的焊接工藝。如深入研究激光焊、電子束焊、復合熱源焊等能量密度高的焊接工藝，可對鎂稀土合金中厚板進行焊接，焊接接頭熱影響區(qū)較窄，接頭力學性能較高；通過對攪拌摩擦焊、擴散焊等先進固相連接技術的研究，減少熔焊過程中易出現(xiàn)的氣孔、氧化燒損、氧化夾雜等焊接缺陷數(shù)量，進一步提高接頭致密度與力學性能。

3 鎂稀土合金焊接熱處理

熱處理是改善鎂稀土合金可焊性或進一步提高焊接接頭性能重要手段，通過熱處理工藝可以達到減小焊接接頭內應力、強化力學性能等不同效果[49]。 鎂稀土合金的熱處理工藝可分為焊前熱處理和焊后熱處理。

3.1 焊前熱處理

母材在焊接前的初始狀態(tài)會對焊后接頭組織和力學性能產生影響。鎂合金板材進行軋制后分別作退火和時效處理，退火態(tài)和時效態(tài)板材焊后力學性能低于軋制態(tài)板材，原因是在退火態(tài)和時效態(tài)下焊后熔合區(qū)組織不均勻，而熔合區(qū)組織均勻性會對接頭力學性能產生較大影響[50]。固溶處理后人工時效（T6）狀態(tài)的Mg-Gd-Y-Zr 合金經激光焊后在熱影響區(qū)會析出一些過時效的針狀β 相， 且其尺寸要小于等溫時效過程中析出的 β 相[51]。

焊前熱處理還包括焊前預熱，焊前預熱是將焊件在焊接前預先加熱至室溫以上固相線以下，主要目的是減小焊接過程中焊縫與母材之間溫度梯度，從而降低焊縫區(qū)的冷卻速度，避免焊接缺陷的產生。 冷卻速度的降低， 可以減少焊縫與周邊母材的收縮應力，避免熱裂紋的產生， 同時也增加了熔池凝固的時間，使不溶性氣體有更多時間上浮，從焊縫和相鄰母材處擴散，減少接頭中氣孔的數(shù)量。但在預熱溫度較高時，內部氣體擴散均勻化，形成氣泡的直徑減小，不利于氣體的析出， 反而會使氣孔率增加，300 ℃預熱下氣孔率相比于150 ℃預熱提高了12.6%[52]。

3.2 焊后熱處理

去應力退火可以減小或消除鎂稀土合金在焊接過程中產生的殘余應力。特別在攪拌摩擦焊中由于熱影響區(qū)/熱機械影響區(qū)晶粒攪拌不充分、組織不均勻，而產生較嚴重的殘余應力和加工硬化現(xiàn)象，通過去應力退火處理后可以恢復和提高焊接接頭的塑性[53]。

鎂稀土合金熔焊后熱處理工藝一般為固溶處理后人工時效（T6），可以同時提高鎂稀土合金的屈服強度和硬度，但會降低部分塑性。對NZ30K 鎂稀土合金經激光焊后接頭進行熱處理，在540 ℃下固溶6 h后，在200 ℃下時效8 h，接頭強度可達273 MPa，相比于未經焊后熱處理的接頭提高了70%[54]。激光焊接Mg-Gd-Y-Zr 合金接頭在430 ℃下固溶4 h 中，固溶過程中共晶組織由連續(xù)網(wǎng)狀轉變?yōu)椴贿B續(xù)的島狀物，而后在完全溶解前形成球狀顆粒，而后經過225 ℃時效18 h，析出序列為 α-Mg（SSSS 結構）→β′′（D019 結構）→β′（cbco 結構）→β1（fcc 結構）→β（fcc 結構）[55-56]。由于激光焊接中熱輸入較小且凝固速度較快，導致焊接接頭熔合區(qū)中的析出相較少，因此其固溶溫度通常低于常規(guī)鑄態(tài)組織的固溶溫度。

通常情況下，不同的焊接方法及焊接工藝參數(shù)都會對焊接熱輸入造成影響， 從而形成不同的接頭組織。 因此在制定焊后熱處理工藝時應該針對熔合區(qū)、熱影響區(qū)及母材的組織作出綜合判斷。

4 結束語與展望

鎂稀土合金在焊接時易產生稀土氧化夾雜，但是稀土的加入可以降低熔合區(qū)氫氣孔的形成傾向、還能適當提高熔體的流動性。目前針對鎂稀土合金的焊接工藝中，電弧焊仍是應用最為成熟的一種，但其能量密度不高，熱影響區(qū)較寬。 激光焊和電子束焊則克服了這一缺點， 可以對大厚度鎂稀土合金焊件進行焊接，但由于設備和運行成本較高，在工業(yè)上應用不多。攪拌摩擦焊成型溫度較低，接頭中焊縫組織為變形組織，強度較高且焊接缺陷少，是較為有發(fā)展前景的焊接工藝。 綜上所述，在今后的研究中有幾個重點值得關注：

1） 基于鎂稀土合金的焊接工藝特性繼續(xù)開發(fā)適用性強、熱輸入低、能量密度高的焊接工藝，深入研究焊接工藝參數(shù)對焊接缺陷及其在焊接過程中的演變規(guī)律的影響，提高焊接接頭的成形性能和力學指標。

2） 當前的研究工作對鎂稀土合金焊接接頭的性能評價指標單一，為滿足鎂稀土合金焊件在工程實踐中的服役要求，需進一步探索焊接工藝參數(shù)對鎂稀土合金焊接接頭的疲勞性能、蠕變性能及沖擊性能的影響規(guī)律。

3） 隨鎂稀土合金的推廣應用， 其勢必需要與鋁合金、鋼等常規(guī)金屬結構材料進行異種材料連接。 需要針對鎂稀土合金與其他金屬材料不同物化性質的問題，開發(fā)適用于鎂稀土合金的異種材料焊接技術。