鎂和鎂合金的焊接工藝

1、渤海船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）、 題 目 鎂和鎂合金的焊接工藝 專(zhuān) 業(yè) 焊接技術(shù)及自動(dòng)化 班級(jí)學(xué)號(hào) 11G51218 姓 名 劉東洵 指導(dǎo)教師 趙麗玲 2014 年 06 月 06 日目 錄1 緒論 42 課題的背景 53 材料介紹 64 激光焊接技術(shù) 7 1） 同種鎂合金的激光焊接 72） 鎂合金與鋁合金的激光焊接 75 等離子弧焊技術(shù) 81） 同種鎂合金的變極性等離子弧焊 82） 鎂合金的變極性等離子弧縫焊 96 低能耗激光誘導(dǎo)增強(qiáng)電弧復(fù)合焊接技術(shù) 91） 同種鎂合金板材的焊接 92） 同種鎂合金薄板的焊接 10 3） 異種鎂合金板材的焊接 104） 鎂合金與鋼異種金屬的焊接

2、 117活性焊接技術(shù) 12 1) 鎂合金活性焊接 122） 鎂合金活性焊絲填絲焊接 128 熔化膠接焊焊接技術(shù) 131) 鎂合金等離子弧膠接焊 142) 鎂合金與鋁合金的激光膠接焊 149 鎂合金與鋁合金的擴(kuò)散焊接技術(shù) 1510 鎂合金焊接接頭電弧噴涂防護(hù)技術(shù) 1611 鎂合金焊接技術(shù)的應(yīng)用及展望 1712 結(jié)論 1813 參考文獻(xiàn) 1914 致謝 20 1. 緒論近10年來(lái)，由于受到能源節(jié)約以及環(huán)境保護(hù)的巨大推動(dòng)，鎂合金及其焊接技術(shù)的發(fā)展比任何時(shí)期都快，從焊接方法、焊接材料到焊接設(shè)備等方面都不斷有新的突破，為鎂合金焊接生產(chǎn)向優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的方向發(fā)展提供了前所未有的良好條件，并大大促進(jìn)了鎂

3、合金的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。鎂合金由于其自身的物理化學(xué)特點(diǎn)，導(dǎo)致其焊接有很大困難，滿(mǎn)意的焊接質(zhì)量不易獲得。鎂合金的結(jié)晶溫度區(qū)大，易于產(chǎn)生熱裂紋；鎂的沸點(diǎn)低，溫度進(jìn)一步升高后，其蒸氣壓比在相同溫度下的鋁合金要高4-5倍，因而焊接時(shí)溫度一旦過(guò)高，鎂會(huì)氣化，產(chǎn)生爆炸形成飛濺；鎂對(duì)氧的親和力大，其氧化物密度較大，而容易形成夾雜；鎂在接近熔化溫度時(shí)，能與空氣中的氮強(qiáng)烈化合生成脆性的鎂的氮化物，顯著降低接頭力學(xué)性能；因此，實(shí)現(xiàn)鎂合金優(yōu)質(zhì)焊接是比較困難的，在焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋、氣孔、飛濺等缺陷。但是由于工業(yè)的迫切需要，許多科學(xué)工作者做出了很大的努力，并取得了一些重要成果。2.課題背景隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車(chē)、摩托車(chē)

4、、飛機(jī)的性能要求越來(lái)越高，降低結(jié)構(gòu)重量成為提高性能的重要措施。鎂及其鎂合金具有比重輕，比強(qiáng)度高，重復(fù)利用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被譽(yù)為二十一世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ幕A(chǔ)材料之一。我國(guó)鎂資源儲(chǔ)備位居世界第一，同時(shí)也是界上最大的鎂生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)。前我國(guó)已占全球鎂生產(chǎn)能力的34，產(chǎn)量的12。但鎂合金應(yīng)用開(kāi)發(fā)嚴(yán)重滯后，80以上作為初級(jí)原料低價(jià)出口，造成我國(guó)鎂資源的極大浪費(fèi)。隨著我國(guó)加入世貿(mào)組織以及國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，發(fā)展鎂合金產(chǎn)業(yè)正面臨重大的歷史機(jī)遇與挑戰(zhàn)。加快鎂合金應(yīng)用與產(chǎn)品制備核心技術(shù)的開(kāi)發(fā)， 將成為我國(guó)制造并搶占相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)制高點(diǎn)， 形成具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的新產(chǎn)業(yè)群體，并起到至關(guān)重要的作用。材料的發(fā)展， 離不開(kāi)連接問(wèn)題

5、。良好的連接是簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、降低產(chǎn)品成本的有效措施之一，連結(jié)技術(shù)的發(fā)展程度將直接影響鎂合金的廣泛應(yīng)用。 鎂合金焊接方向，國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在氬弧焊、激光束。由于鎂合金具有熔點(diǎn)低， 導(dǎo)熱率高，線膨脹系數(shù)高，表向張力小等特點(diǎn)，氬弧焊等傳統(tǒng)的焊接技術(shù)在高技術(shù)制造領(lǐng)域所占的比重日趨減少。而激光焊接具有速度高，接頭質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，得到了實(shí)際應(yīng)用，但激光焊接設(shè)備投資和維護(hù)的本高， 能量利用率低(尤其對(duì)鋁、鎂等具有高反射率的材料)，焊接時(shí)對(duì)被焊工件的組對(duì)間隙及位置精度要求很高，廣泛應(yīng)用受到了很大的限制。 根據(jù)現(xiàn)有焊接工藝存在的優(yōu)缺點(diǎn)，大連理工大學(xué)首次提出采用激光一電弧復(fù)合熱源焊接鎂合金工藝。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，新工藝

6、不僅綜合了氬弧焊和激光焊兩種焊接工藝的優(yōu)點(diǎn)，克服兩者存在的不足，還能顯著增大焊接熔深、提高焊接質(zhì)量，是一種很有發(fā)展前途的焊接工藝。本文對(duì)比分析鎂合金氬弧焊、激光焊及激光一氬弧復(fù)合熱源焊焊縫成犁、接頭組織和力學(xué)性能，探索高效、優(yōu)質(zhì)的鎂合金焊接工藝，為鎂合金的廣泛應(yīng)用提供技術(shù)支撐。 3.材料介紹眾所周知，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

7、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)高效的鎂合金焊接工藝。4激光焊接技術(shù)1) 同種鎂合金的激光焊接激光焊接作為一種先進(jìn)的連接技術(shù)，具有速度快、線能量低、焊后變形小、接頭強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，得到了人們極大的關(guān)注。采用脈沖YAG激光對(duì)AZ31B變形鎂合金進(jìn)行對(duì)接焊，結(jié)果表明，鎂合金激光焊焊縫變形小，成型美觀，無(wú)裂紋等表面缺陷、背面熔

8、透均勻，如圖1所示。焊接接頭熱影響區(qū)不明顯，無(wú)晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象；焊縫區(qū)由細(xì)小的等軸晶組成，如圖2所示。在本試驗(yàn)條件下，接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)母材的95%以上，實(shí)現(xiàn)了鎂合金的良好連接。研究表明，激光焊接對(duì)焊接工藝參數(shù)要求嚴(yán)格，同時(shí)鎂合金激光焊接過(guò)程中易出現(xiàn)裂紋、氣孔、熱影響區(qū)脆化和激光能量吸收率低等系列問(wèn)題。 圖1 激光焊焊縫表面形貌 圖2 鎂合金激光焊接接頭組織 2) 鎂合金與鋁合金的激光焊接鎂鋁異種金屬可以通過(guò)真空擴(kuò)散焊、爆炸焊、攪拌摩擦焊等方法實(shí)現(xiàn)一定程度的連接，但其結(jié)合強(qiáng)度并不理想。造成這種結(jié)果的主要原因是兩種材料焊接時(shí)在熔池內(nèi)部形成了高硬度高脆性的金屬間化合物。SiC顆粒在鑄造領(lǐng)域常常與鎂、鋁

9、合金結(jié)合形成復(fù)合材料，可以細(xì)化材料的微觀組織并且全面地提高機(jī)械性能；其在表面熔覆的工藝中也經(jīng)常得到應(yīng)用。針對(duì)SiC的性質(zhì)及其在鎂、鋁復(fù)合材料中應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，提出SiC作為中間層進(jìn)行激光鎂鋁搭接焊工藝，將SiC顆粒作為中間層進(jìn)行鎂鋁激光搭接焊，來(lái)達(dá)到提高鎂鋁焊接接頭性能的目的。對(duì)比鎂合金與鋁合金的直接激光焊接與加入SiC顆粒的激光焊接，其宏觀焊縫橫截面如圖3所示。在相同激光功率條件下，焊接熔池橫截面宏觀形貌發(fā)生了改變。與激光直接焊接相比，加入SiC夾層后熔池內(nèi)部攪拌能力降低并且鎂鋁板材界面處熔寬增加。對(duì)焊接試件進(jìn)行剪切試驗(yàn)，結(jié)果表明SiC的加入改變了熔池的微觀組織，使金屬間化合物反應(yīng)層厚度降

10、低，焊縫的抗剪切拉伸性可達(dá)激光直接焊接的三倍以上。圖3 焊縫宏觀橫截面A 直接激光焊接 B. 加入SiC夾層的激光焊接5等離子弧焊技術(shù)1) 同種鎂合金的變極性等離子弧焊等離子?。≒lasma Arc）是一種受到約束的非自由電弧，溫度和能量密度都顯著高于普通電弧，是一種高效的焊接方法。采用變極性等離子弧焊接鎂合金時(shí)，可以在背面無(wú)墊板的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)接接頭的連接，具有熔深大、焊前準(zhǔn)備少、焊接質(zhì)量高、工件變形小及焊道數(shù)目少等優(yōu)點(diǎn)。圖4為變極性等離子弧焊接鎂合金AZ31B的接頭宏觀形貌，接頭成形美觀，背面熔透均勻。焊接接頭沒(méi)有明顯的熱影響區(qū)，焊縫組織均勻，晶粒細(xì)小，如圖5所示；經(jīng)測(cè)試焊接接頭拉伸強(qiáng)度達(dá)到

11、母材的95%以上。圖4 鎂合金變極性等離子弧焊宏觀接頭形貌 圖5 變極性等離子弧焊縫接頭微觀組織 2) 鎂合金的變極性等離子弧縫焊采用變極性等離子弧焊對(duì)5mm厚的鎂合金板材進(jìn)行了縫焊，工藝原理圖如圖6所示，焊縫的宏觀照片如圖7所示，從焊縫的宏觀組織圖看，上面鎂板具有變極性等離子弧小孔焊的工藝特征背面熔透均勻，接頭的上下表面熔寬尺寸變化小，這將有利于減小應(yīng)力集中，改善接頭的性能。這種方法不僅提高了中厚度鎂合金板材的焊接質(zhì)量，還簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程、提高生產(chǎn)了效率，適用于大批量生產(chǎn)。 圖6 變極性等離子縫焊工藝原理圖 圖7 變極性等離子縫焊焊縫宏觀組織6 低能耗激光誘導(dǎo)增強(qiáng)電弧復(fù)合焊接技術(shù)低能耗激光誘導(dǎo)

12、增強(qiáng)電弧復(fù)合焊接技術(shù)是在發(fā)現(xiàn)小功率激光誘導(dǎo)增強(qiáng)電弧的現(xiàn)象及規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過(guò)揭示小功率激光誘導(dǎo)增強(qiáng)電弧的多條件耦合及其物理本質(zhì)，突破小功率激光誘導(dǎo)增強(qiáng)電弧的系列關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)明出的一種低能耗激光誘導(dǎo)增強(qiáng)電弧焊接技術(shù)。目前采用該技術(shù)已成功實(shí)現(xiàn)了鎂合金之間及鎂合金與異質(zhì)材料之間的優(yōu)質(zhì)高效連接，開(kāi)發(fā)出了配套的鎂合金專(zhuān)用低能耗激光誘導(dǎo)增強(qiáng)電弧復(fù)合焊接設(shè)備及系列焊接材料。 1) 同種鎂合金板材的焊接采用低功率YAG激光-電弧復(fù)合焊接鎂合金板材，焊接原理圖如圖8所示。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，激光-電弧復(fù)合熱源焊接鎂合金焊縫成型良好，無(wú)氣孔、裂紋等缺陷。在相同的焊接條件下，采用復(fù)合焊接方法獲得的焊接熔深可達(dá)激光單獨(dú)焊接的4

13、倍，氬弧焊的2倍，如圖9所示。焊接接頭的拉伸強(qiáng)度達(dá)到母材95%以上，疲勞強(qiáng)度與母材相當(dāng)，能夠滿(mǎn)足車(chē)輛結(jié)構(gòu)件實(shí)際應(yīng)用中對(duì)焊接接頭動(dòng)、靜載荷的要求。 圖8 激光-TIG復(fù)合熱源示意圖 圖9 焊縫形貌和熔深對(duì)比 2) 同種鎂合金薄板的焊接目前研究的鎂合金焊接板厚都在1.5mm以上，并且針對(duì)薄板一般都采用搭接焊的方式。而對(duì)于1mm以下鎂合金薄板對(duì)接焊接的研究還很少，這一定程度上限制了鎂合金在特定場(chǎng)合的應(yīng)用。利用低功率激光-TIG復(fù)合焊接方法焊接鎂合金薄板，通過(guò)系列實(shí)驗(yàn)確定了復(fù)合熱源焊接鎂合金薄板的最佳參數(shù)。在該參數(shù)下成功實(shí)現(xiàn)了0.8mm鎂合金薄板的對(duì)接焊，單面焊雙面成型，焊縫成形連續(xù)、美觀，如圖10所

14、示。對(duì)焊接接頭進(jìn)行拉伸強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果表明低功率激光-TIG復(fù)合焊接得到的AZ31-AZ31及AZ31-AZ80對(duì)焊接頭拉伸強(qiáng)度相比單TIG焊接大幅度提高，達(dá)到AZ31母材強(qiáng)度的95以上。 (a) 鎂合金薄板正面焊縫 (b) 鎂合金薄板背面焊縫圖10 鎂合金薄板激光-TIG復(fù)合焊接焊縫表面形貌3) 異種鎂合金板材的焊接采用低能耗激光誘導(dǎo)增強(qiáng)電弧技術(shù)進(jìn)行了異種鎂合金之間的焊接性研究，主要研究了AZ31與AZ61和AZ91的焊接工藝并分析了焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能。研究結(jié)果表明，采用該技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)異種鎂合金之間的良好連接，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)不同厚度的異種鎂合金的良好連接。圖11為典型的異種鎂合金焊

15、接接頭斷面形貌，可以看出AZ31側(cè)鎂合金的熱影響區(qū)比較窄，而AZ61和AZ91側(cè)的熱影響區(qū)比較寬，而且包括幾個(gè)不同區(qū)域，這主要與三種鎂合金含鋁量的不同以及低能耗激光電弧復(fù)合焊接工藝參數(shù)的選擇有關(guān)。圖11 AZ31鎂合金與AZ61、AZ91鎂合金低能耗激光電弧復(fù)合焊接接頭形貌拉伸試驗(yàn)結(jié)果如圖12所示，采用低能耗激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)所獲得的AZ31鎂合金與AZ61和AZ91焊接接頭的抗拉強(qiáng)度均達(dá)到AZ31鎂合金母材強(qiáng)度的95%以上，完全能夠滿(mǎn)足實(shí)際使用的需求。圖12 AZ31鎂合金與AZ61、AZ91鎂合金低能耗激光電弧復(fù)合焊接接頭抗拉強(qiáng)度4) 鎂合金與鋼異種金屬的焊接鎂合金應(yīng)用的主要推動(dòng)力是在汽

16、車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用，而鋼材是汽車(chē)中應(yīng)用最為廣泛的材料之一。因此，把鎂合金與鋼有效的連接起來(lái)，能進(jìn)一步拓寬鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域，并且能夠有效的解決汽車(chē)輕量化等問(wèn)題。鎂、鋼異種金屬連接存在很多問(wèn)題。鎂和鋼熔點(diǎn)差異大，使其很難在熔焊過(guò)程中同時(shí)達(dá)到熔融態(tài)。其晶格類(lèi)型也不同，在液態(tài)下極難互溶，并且鎂和鋼不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。因此，需要采用加過(guò)渡金屬的方法進(jìn)行鎂合金與鋼的連接。采用激光-電弧復(fù)合熱源的焊接方法、選擇合適的過(guò)渡金屬可實(shí)現(xiàn)鎂、鋼異種金屬的有效連接。其焊接裝置示意圖如圖13所示，得到的焊縫表面成型良好，見(jiàn)圖14所示。激光-TIG復(fù)合熱源焊接過(guò)程中，位于上層的鎂板在激光束和TIG電弧的共同作用下熔化，位于下

17、層的鋼板只在激光束作用下熔化。上層鎂合金板焊縫呈典型的TIG焊焊縫特點(diǎn)，下層鋼板焊縫呈典型的激光焊焊縫特點(diǎn)。對(duì)焊接接頭進(jìn)行拉伸測(cè)試得到的力學(xué)性能為剪切強(qiáng)度為170MPa。 圖13 圖147活性焊接技術(shù)1) 鎂合金活性焊接活性（A-TIG）焊接法是在焊前將母材表面涂覆上一層活性劑，在相同的焊接規(guī)范下，同常規(guī)TIG焊相比，可以大幅度地提高焊縫熔深。焊接鎂合金時(shí)，加入研發(fā)的活性劑后，交流TIG焊焊縫熔深明顯增加，如圖15所示。力學(xué)性能測(cè)試顯示，鎂合金A-TIG焊接接頭強(qiáng)度可達(dá)到母材的90%，實(shí)現(xiàn)了鎂合金的大熔深，優(yōu)質(zhì)連接。 圖15無(wú)活性劑及涂敷活性劑的焊縫橫截面照片(a)未涂敷活性劑 (b)涂敷活性

18、劑 2) 鎂合金活性焊絲填絲焊接傳統(tǒng)的活性焊接技術(shù)將活性劑涂敷在焊接試件表面，存在不能填絲的缺點(diǎn)，故提出一種活性焊絲填絲焊接的方法，將活性劑涂敷在焊絲的表面，然后進(jìn)行填絲焊接，如圖16所示。鎂合金活性焊絲TIG填絲焊接克服了傳統(tǒng)活性焊技術(shù)進(jìn)行填絲焊接時(shí)熔滴過(guò)渡困難的缺點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)熔滴順利過(guò)渡到焊接熔池，同時(shí)活性劑起到增加焊接熔深的作用，是一種理想的鎂合金高效焊接方法。這種方法與普通TIG填絲焊接方法相比可以大幅提高鎂合金焊接的效率和熔深。圖17為電流為60A和90A時(shí)焊接熔深對(duì)比。當(dāng)電流為60A時(shí)，熔深增加比（活性焊絲的焊接熔深和普通焊絲的焊接熔深相比）可達(dá)300%以上。當(dāng)焊接電流為90A時(shí)，

19、采用復(fù)合活性焊絲焊接的熔深達(dá)到最大，熔深增加比為243%，對(duì)于5mm厚度的AZ31鎂合金板可以單道一次焊透。 a. 活性焊絲焊接 b. 試板表面涂覆活性劑填充普通焊絲焊接 圖16 焊接示意圖 圖17 焊縫截面形貌8熔化膠接焊焊接技術(shù) 針對(duì)目前對(duì)異種金屬材料連接技術(shù)的迫切需求，提出一種“熔焊-膠接”（即膠焊）連接新技術(shù)。將激光、等離子弧等高能束連續(xù)熔化焊接技術(shù)與膠接技術(shù)有機(jī)復(fù)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)合、冶金結(jié)合和化學(xué)結(jié)合的有效統(tǒng)一，不但具有傳統(tǒng)膠接點(diǎn)焊的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)熔焊的“線結(jié)合”與膠接的“面結(jié)合”的相互促進(jìn)，接頭綜合性能顯著提高，為今后異種材料的連接提供新的方向。 1) 鎂合金等離子弧膠接焊采用

20、等離子弧膠焊技術(shù)對(duì)同種鎂合金板材進(jìn)行焊接性試驗(yàn)，探索了等離子弧膠焊技術(shù)的工藝特點(diǎn)，分析了焊縫的組織和性能，對(duì)進(jìn)一步研究等離子弧膠焊技術(shù)的工藝特點(diǎn)有著重要的指導(dǎo)意義。等離子弧膠焊技術(shù)是一種新型的焊接方法，它采用了將等離子弧焊接工藝與粘接工藝相復(fù)合的方法對(duì)工件進(jìn)行連接。等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，對(duì)焊件加熱集中，熔透能力強(qiáng)，對(duì)中厚板材可一次焊透，在同樣熔深下其焊接速度比TIG焊高，可提高焊接生產(chǎn)率。此外，等離子弧對(duì)焊件的熱輸人較小，焊縫截面形狀較窄，深寬比大，呈“酒杯”狀。熱影響區(qū)窄，其焊接變形也小。膠接接頭應(yīng)力分布均勻，無(wú)應(yīng)力集中，密封性好。膠接可取消機(jī)械緊固件(如螺釘、螺母等)，不需要聯(lián)接

21、孔，不會(huì)減少材料的有效橫截面積，可充分利用材料的全部強(qiáng)度，因此采用膠接可大大減輕整體結(jié)構(gòu)重量。此外接頭還有絕緣、耐腐蝕等特點(diǎn)。圖18為等離子弧膠焊工藝示意圖。焊接接頭采用搭接接頭形式。膠粘劑厚度為0.1mm。在不開(kāi)坡口、無(wú)背面強(qiáng)制成形保護(hù)條件下，進(jìn)行鎂合金等離子弧膠焊試驗(yàn)，焊縫橫截面見(jiàn)圖19所示，可以看出，熔池形狀上寬下窄，也呈“丁”字形，表面凹陷較小，焊縫內(nèi)部無(wú)氣孔和裂紋等明顯缺陷。力學(xué)性能分析顯示，等離子弧膠焊接頭的失效載荷較等離子弧焊和膠接接頭有明顯提高。在加載相同載荷的情況下，等離子弧膠焊接頭的熱裂傾向小。 圖18 等離子膠焊工藝示意圖 圖19 焊接接頭宏觀形貌 2) 鎂合金與鋁合金的

22、激光膠接焊采用激光膠接焊新型焊接工藝對(duì)鎂鋁異種金屬進(jìn)行了連接，實(shí)現(xiàn)了鎂鋁異種金屬薄板間的有效連接。該方法有效的改變了鎂鋁間金屬間化合物的分布和特點(diǎn)，進(jìn)而增加了熔深，提高焊接接頭的強(qiáng)度。在激光膠接焊過(guò)程中，膠層對(duì)整個(gè)焊接熔池產(chǎn)生了很大的影響。它不僅改變了整個(gè)熔池的流動(dòng)形式，還直接影響了焊接過(guò)程中的熱量傳遞，進(jìn)而改變了傳統(tǒng)意義上的激光焊接過(guò)程。焊接結(jié)構(gòu)示意圖如圖20所示，在搭接區(qū)域涂刷一層厚度為0.1mm的膠層。焊接接頭的宏觀形貌如圖21所示。測(cè)量鎂鋁異種金屬激光膠接焊接接頭力學(xué)性能，其綜合力學(xué)性能達(dá)到鎂合金母材的90%以上，能夠基本滿(mǎn)足目前針對(duì)鎂鋁連接強(qiáng)度的需求。在激光膠接焊過(guò)程中由于膠層的加入

23、加速了鎂合金和鋁合金之間的熱傳遞作用，使鎂合金的冷卻速度有所增加，同時(shí)對(duì)鋁合金間接起到了預(yù)熱的作用。這種預(yù)熱的作用在一定程度上增加了鋁合金對(duì)于激光的吸收率。 圖20 鎂鋁異種金屬激光膠接焊結(jié)構(gòu)示意圖 圖21 焊接接頭宏觀形貌 9鎂合金與鋁合金的擴(kuò)散焊接技術(shù)目前Mg/Al異種金屬的連接，采用的焊接方法主要是熔焊和固相焊，而添加中間過(guò)渡金屬的擴(kuò)散焊連接是異質(zhì)金屬連接的有效辦法?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整中間層的成分來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接頭組織的控制，從而提高接頭性能。目前，對(duì)于添加中間過(guò)渡金屬的Mg/Al擴(kuò)散焊連接的文獻(xiàn)報(bào)道還很少。對(duì)Mg/Al接頭在有無(wú)過(guò)渡金屬的條件下進(jìn)行惰性氣體保護(hù)擴(kuò)散焊，對(duì)比分析了中間過(guò)渡金屬的添加提

24、高M(jìn)g/Al擴(kuò)散焊接頭剪切強(qiáng)度的原因。試驗(yàn)采用的母材為6061鋁合金和AZ31B鎂合金。力學(xué)性能分析表明Mg/Al直接擴(kuò)散焊接頭剪切強(qiáng)度最大可達(dá)40MPa左右,而添加合適的合金中間過(guò)渡金屬的Mg/Al擴(kuò)散焊接頭剪切強(qiáng)度可達(dá)到100MPa。究其原因是由于鎂鋁的直接擴(kuò)散焊不可避免地會(huì)在接頭區(qū)產(chǎn)生大量的金屬間化合物；而添加合金中間過(guò)渡金屬的Mg/Al擴(kuò)散焊接頭組織由網(wǎng)狀的共晶形貌變成由過(guò)飽和鎂基固溶體和具有彌散第二相富Al顆粒分布的中間相組成。中間過(guò)渡金屬的添加有效地避免了鎂鋁基體的直接接觸，同時(shí)產(chǎn)生的顆粒在中的彌散分布大大地提高了接頭強(qiáng)度。10鎂合金焊接接頭電弧噴涂防護(hù)技術(shù)電弧噴涂技術(shù)以其涂層質(zhì)量

25、好、生產(chǎn)效率高、操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，自熱噴涂技術(shù)發(fā)明以來(lái)一直是人們研究的熱點(diǎn)之一。所謂電弧噴涂是將兩根被噴涂的金屬絲作為自耗性電極，利用其端部產(chǎn)生的電弧作為熱源熔化金屬絲材，壓縮空氣穿過(guò)電弧和熔化的液滴使之霧化，以一定的速度撞擊基體形成涂層的過(guò)程。采用電弧噴涂方法可以對(duì)焊接接頭進(jìn)行整體防護(hù)，適用于同種及異種金屬焊接接頭的防護(hù)。分析了鎂合金電弧噴涂的工藝特性及其噴涂后處理工藝，并開(kāi)發(fā)了一種鎂鋁偽合金涂層。在鎂合金基體表面噴涂純鋁涂層，以提高其耐蝕性。 涂層的形成過(guò)程決定了涂層表面及內(nèi)部存在一定數(shù)量的孔隙，無(wú)法避免的孔隙成為點(diǎn)蝕的發(fā)源地。為進(jìn)一步提高涂層的耐蝕性，涂層的封孔后處理成為一道必不

26、可少的工序。為了滿(mǎn)足特殊行業(yè)的需求采用導(dǎo)電封孔處理。在有機(jī)封孔劑環(huán)氧樹(shù)脂中摻入金屬填料，構(gòu)成摻合型導(dǎo)電涂料，完成純鋁涂層的導(dǎo)電封孔工藝，同時(shí)研究有機(jī)導(dǎo)電封孔的耐蝕性。導(dǎo)電封孔示意圖如圖22所示。圖23為含銅粉孔涂層的微觀形貌。涂層電阻測(cè)試表明，環(huán)氧樹(shù)脂中加入一定含量的銅粉能夠使封孔涂層實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電，而且導(dǎo)電性良好。利用常溫浸泡試驗(yàn)研究封孔涂層的耐腐蝕性能，導(dǎo)電封孔涂層與未封孔涂層相比，表現(xiàn)出良好的耐蝕性。 圖22導(dǎo)電封孔涂層示意圖 圖23含銅粉封孔涂層形貌探索了采用異質(zhì)金屬絲材進(jìn)行電弧噴涂的可行性，采用鎂絲和鋁絲作為兩根噴涂絲材，在鎂合金表面制備金屬間化合物涂層，以提高鎂合金的耐蝕性、耐磨性、高溫

27、強(qiáng)度和抗氧化性，使之應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。采用含鋁量在99.7以上的高純鋁絲和含鎂量在99.7以上的高純鎂絲作為噴涂絲材的兩極，電弧噴涂得到的涂層表面形貌如圖24所示，得到的涂層平滑均勻，顆粒細(xì)小，沒(méi)有未熔化充分的金屬顆粒，表面孔隙也很小。對(duì)涂層進(jìn)行顯微硬度測(cè)量，平均顯微硬度可達(dá)200HV，而電弧噴涂純鋁涂層的平均硬度僅為67 HV。鎂鋁反應(yīng)生成的化合物的硬度比純鎂、鋁的硬度高，大量金屬間化合物的生成導(dǎo)致涂層硬度提高。鎂擴(kuò)散與鋁反應(yīng)后，保留的氧化物和MgAl2O4相顆粒散布在基體中，也起到硬化作用。 圖24涂層的表面形貌 11鎂合金焊接技術(shù)的應(yīng)用及展望隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)能源消耗、環(huán)境保護(hù)的要求的日益提

28、高，鎂合金作為一種新型的結(jié)構(gòu)材料，在汽車(chē)等交通領(lǐng)域蘊(yùn)藏著巨大的應(yīng)用潛力。目前, 歐洲和美國(guó)汽車(chē)每輛汽車(chē)使用鎂合金零件5.8-23.6kg，我國(guó)汽車(chē)單車(chē)用量不到10kg，其中鎂合金焊接技術(shù)是實(shí)現(xiàn)鎂合金汽車(chē)零部件大量應(yīng)用的主要關(guān)鍵技術(shù)難題。通過(guò)“十五”和“十一五”的技術(shù)攻關(guān)，我國(guó)已經(jīng)解決了鎂合金與鎂合金的連接問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了鎂合金自行車(chē)焊接結(jié)構(gòu)件、摩托車(chē)焊接結(jié)構(gòu)件（如圖25、26所示），并通過(guò)了臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)，達(dá)到了出口標(biāo)準(zhǔn)要求，其中采用焊接技術(shù)生產(chǎn)的鎂合金自行車(chē)已經(jīng)出口到歐盟國(guó)家，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量的結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向是轎車(chē)占汽車(chē)總量的比重增加，低排放、低污染、節(jié)能的綠色環(huán)保汽車(chē)替代非環(huán)保汽車(chē)，近幾年政府加大了電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)力度，鎂合金座椅骨架，油門(mén)踏板等在國(guó)產(chǎn)汽車(chē)領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用。隨著復(fù)雜結(jié)構(gòu)鎂合金車(chē)輛結(jié)構(gòu)件及相關(guān)鎂合金產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，將對(duì)鎂合金焊接技術(shù)提出日益廣泛的需求。 圖25 鎂合金焊接自行車(chē)產(chǎn)品圖26 鎂合金摩托車(chē)焊接結(jié)構(gòu)件及其產(chǎn)品12.結(jié)論鎂合金這種新型結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)焊接技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn),同時(shí)也為焊接提供了更廣闊的應(yīng)用天地。鎂合金的焊接尚有許多技術(shù)難題等待我們?nèi)パ芯拷鉀Q，從而為鎂合金的實(shí)際應(yīng)用與鎂合金結(jié)