镁合金焊接技术的应用研究

镁合金焊接技术的应用研究

朱鹏飞 孙世洽 栾小俊

中车青岛四方机车车辆有限公司

摘要：在镁合金焊接过程中，相关工作人员针对钨极氩弧焊技术、激光焊接技术、电子束焊技术等不同焊接技术要有正确认识。认识不同焊接技术优势与特点，从而将其更好应用在焊接工作中，达到良好焊接效果。

关键词：镁合金；焊接技术；晶粒

在如今社会快速发展背景下，镁合金被应用在很多行业发展中，镁合金质量相较于铝合金而言要轻三分之一，密度较小，同时刚度、强度较高，而且镁合金有着较强的散热能力与消震性特点，除此之外，具备较强的承受冲击能力，不容易被腐蚀，属于铸造性较强的金属结构材料。在镁合金焊接期间，需要注意不同的问题，比如，对氧气有着较高的化学亲和力等。如果在加热过程中，温度超过四百摄氏度，那么可能会出现爆炸等问题。因此，在实际镁合金焊接过程中，要加强对焊接技术的应用，使得各类问题能够得到更好解决。

1、镁合金焊接影响因素分析

镁合金的化学性质较为活泼，在高温的环境条件之下，会发生氧化反应，在氧化之后生成的物体不容易被熔化，从而影响镁合金焊接效果。在实际镁合金焊接工作开展中，经常会受到不同因素影响，这也是镁合金无法达到良好焊接效果的一个重要原因。不同因素的影响，本文主要从以下几点进行阐述与分析：

1. 晶粒问题影响。实际上，镁合金属于熔点相对较低的一种金属，因此，导热性能较强，在焊接期间，一般情况下会使用功率相对较高的焊接热源，这样在焊接缝口会出现晶粒，而且此类晶粒较大。晶粒的出现，影响镁合金的力学性能，无法将镁合金的价值发挥出来。

2. 热应力影响。镁合金的热膨胀系数相对较高，往往是钢的两倍，由此可以看出，镁合金在焊接期间容易产生热应力，热应力的出现会对工件形状、工件尺寸以及工件性能产生影响。而且在热应力的影响之下，镁合金表面温度与内心温度不同，表层有着较大的收缩力，心部会出现拉力，造成工件变形情况产生，在情况较为严重时，会出现开裂情况。

3. 氧化与蒸发问题影响。镁是镁合金的主要成分，而镁元素的化学性质较为活泼，在高温环境下会与氧发生反应形成氧化镁，氧化镁会直接混合到镁合金当中，不容易融化，并形成颗粒夹渣，使得镁合金的整个质量受到严重影响。

2、镁合金焊接技术分析

2.1钨极氩弧焊技术分析

钨极氩弧焊又被人们称为TIG焊，是应用较早的一种焊接技术。在使用钨极氩弧焊技术对AZ91D镁合金进行焊接过程中，在临近融合线位置处，会产生热影响区域，沿着晶界能够看到析出的铝合金等，接头处产生的缺陷问题主要为疏松问题与气孔问题。气孔的形成主要是受到焊缝当中氢含量影响、焊丝成分影响以及保护气体纯度影响等^[1]。在熔池金属凝固过程中，氢在镁当中的溶解度会快速下降，而熔池的冷却速度较快，焊缝金属当中气泡无法及时逸出，从而出现气孔，使得接头处的强度受到影响。基于此，在镁合金焊接工作开展中，对于气孔的形成要进行有效控制。在使用钨极氩弧焊技术，进行AZ31B铝合金焊接过程中，在焊缝附近存在的纤维组织会消失，焊缝区域与热影响区域之间有着较为明显的分界。热影响区域是较为典型的过热组织与晶粒较大组织，焊缝区主要是由很多细小的轴晶构成，晶粒相较于木材料、热影响区而言较小，属于铸造急冷组织，母材晶粒呈现出纤维状。造成这一情况的原因是，镁合金的熔点相对较低，导热较快，在焊接过程中需要使用的功率较大，而且焊接速度慢，这使得焊缝区的轴晶粒得以形成。在拉伸试验过程中，接头处出现断裂情况，该断裂问题主要发生在热影响区域，这说明热影响区的晶粒已经出现较为严重的粗化情况，这是影响镁合金焊接接头力学能力下降的重要原因。

2.2激光焊接技术分析

激光焊接技术主要是通过对高能量激光束的应用，将其作为热源，从而实现高效、精密焊接，该种焊接技术具备很多优势，比如，小变形优势、深穿透优势、高焊速优势、强适应优势。因此，激光焊接技术被广泛应用在不同领域中，比如，航空航天领域、汽车制造领域以及轻工电子领域等^[2]。在使用二氧化碳激光焊接技术进行镁合金焊接时，可以实现不同厚度、不同成分镁合金试样的焊接，在铸造合金AZ61、ZW3时，可以获得相对较窄的焊缝、热影响区以及熔融区等。激光焊产生的光束能力密度相对较大，而且焊接速度较高，熔池金属冷却速度较快，在接头组织会出现晶粒细化，并且熔深相对较深，这对于接头强度的提升能够起到一定促进作用。在使用激光焊进行镁合金焊接过程中，因为激光与木材作用时间相对较短，熔融金属凝固较快，使得金属气体以及吸入的其他气体，比如，氢气、氧气等，无法实现快速逸出，从而造成气孔问题、热裂纹问题、疏松问题等，使得接头力学性能下降。

2.3电子束焊技术分析

电子束焊技术的优势特点体现在不同方面中，比如，能量密度较高、适用范围较广，有着良好焊接效果等。在电子束焊技术应用过程中，并不会受到氧气等不同气体的影响，在真空状态之下，会产生较小的损失，而且加热速度较快。在使用电子束焊技术，进行纯镁合金以及AZ31镁合金时，在其焊缝表面不会出现缺陷情况，并且也没有发现存在气孔或者裂纹，在不同的焊接速度之下，也不会产生起弧情况

^[3]。纯镁熔融区与热影响区之间的界面较为模糊，而且晶界并不明显，熔融区晶粒相较于母材而言较为粗大。而AZ31镁合金的熔融区域热影响区的界面较为清晰，但是精力尺寸并不明显，熔融区的等轴晶相较于母材组织而言较为细小。镁合金的热传导性较强，无论是纯镁还是AZ31镁合金，随着铝含量与热传输的增加，熔深会在一定程度上变深。主要是因为镁合金中铝溶入量增加，造成镁合金固液状态温度低、范围更广。因此，如果焊接热输入条件相同，那么焊缝表面的光滑性可以得到保障，而且波纹可以实现其规则性。

结束语：

综上所述，镁合金焊接技术对于实现镁合金有效焊接，提升焊接质量与焊接效率而言具有重要作用。因此，相关工作人员要合理使用不同焊接技术，为我国镁合金事业更好发展打下良好基础。

参考文献：

[1]元琳琳,王炜,陈晓宇.2195铝锂合金焊接技术研究进展[J].焊接,2020(09):38-42+46+63.

[2]马维杰,陈禹.浅谈焊接技术在汽车制造中的应用[J].时代汽车,2020(11):123-124.

[3]吴龙.纯铝/镁合金异种金属连续驱动轴向摩擦焊接工艺分析[J].中国金属通报,2020(04):95+97.