鎂合金的焊接方法及其工藝要素探究

鎂合金的焊接方法及其工藝要素探究

摘要：本文詳細介紹鎂合金的焊接工藝，并簡單介紹鎂合金焊接的方法、工藝要素，希望可以為今后相關(guān)工作者提供理論性參考幫助。

關(guān)鍵詞：鎂合金；焊接方法；工藝要素

0引言

為了更好的展現(xiàn)人類社會的可持續(xù)性發(fā)展，在大量現(xiàn)代化產(chǎn)品當(dāng)中應(yīng)用鎂合金這一種節(jié)約材料與能源、輕量化的材料有著顯著的意義和價值。鎂合金是當(dāng)前非常實用的一種金屬結(jié)構(gòu)材料，在密度方面是鋁材料的2/3，在汽車中使用鋁合金替代傳統(tǒng)鋼鐵材料可以讓汽車重量減少40%，同時鎂合金可以在鋁減輕質(zhì)量的基礎(chǔ)上再減少20%。對此，鎂合金是今后汽車類工業(yè)中具備顯著應(yīng)用價值的金屬材料。

1鎂合金的焊接特性

因為鎂合金具備低密度、低熔點的特征，再加上高熱導(dǎo)率、高電導(dǎo)率、高熱膨脹系數(shù)、較強化學(xué)活性，容易氧化且氧化物熔點比較高等特性，采用鎂合金焊接必須解決以下幾點問題：

1.1粗晶

鎂的熔點比較低，但是導(dǎo)熱率比較高，所以焊接的過程中必須采用大功率的焊接熱源，規(guī)避焊縫和接近焊縫區(qū)域產(chǎn)生過大的熱量，從而降低接頭的性能。

1.2氧化和蒸發(fā)

鎂的氧化特性比較強，很容易和氧氣結(jié)合，在焊接過程中有可能會形成MgO，導(dǎo)致阻礙焊縫的形成，并減低焊縫的性能。

1.3薄件損壞問題

在焊接薄件的時候，因為鎂合金的熔點比較低，同時氧化鎂的熔點比較高，兩者之間不容易融合，導(dǎo)致坍塌的現(xiàn)象出現(xiàn)，另外因為溫度比較高，熔池的顏色沒有明顯的改變，所以很容易因為焊接的不合理導(dǎo)致燒穿損壞問題。

2鎂合金的焊接方法及其工藝要素

2.1熔化焊

熔化焊是在被連接構(gòu)件的接頭區(qū)域局部加熱而導(dǎo)致熔化的，大多數(shù)情況下還需要添加其它金屬，在冷凝之后形成接頭。按照熱源形式的不同，其主要分為電弧焊、氣焊、電子韓、激光焊等。以電弧焊為例，因為鎂與氧氣的親和力比較大，同時空氣當(dāng)中的氫氣與二氧化碳也有可能和鎂形成氮化物、碳化物，從而導(dǎo)致接頭的力學(xué)性能下降，所以必須在電弧焊過程中采用氣體保護，如氬氣類型的惰性氣體進行保護，從而規(guī)避熔池和空氣接觸。

另外，融化焊中還有一種新型焊接技術(shù)，也就是激光TIG復(fù)合焊。激光TIG復(fù)合熱源焊是在1970年提出的一種新型焊接工藝，但是真正應(yīng)用是在1980年左右，其主要是融合應(yīng)用激光技術(shù)和弧焊設(shè)備，實現(xiàn)提升激光功率與電流控制效果的作用，突出焊接的實效性。激光電弧的復(fù)合對焊接效率的提升有顯著的價值和作用，其主要在于兩個方面，一方面是采用了較高的能量密度促使焊接速度得到提升，工件當(dāng)中的對流損失量比較少；另一方面是兩種熱源的相互作用實現(xiàn)了疊加的作用。焊接過程中，激光所引發(fā)的等離子體會促使電弧更加穩(wěn)定，同時電弧還可以進入到熔池的小孔當(dāng)中，從而減少了能量的流失，提升焊接的能源使用效益。激光TIG復(fù)合焊可以顯著的提升焊接速度，是電弧焊的兩倍以上，同時鎢極的燒損程度比較小，使用壽命較長。

2.2壓力焊

壓力焊是一種應(yīng)用摩擦力、加壓以及熱擴散等物理原理解決連接表面粗糙狀況，同時祛除氧化膜和其它污染物的有效途徑，促使兩個連接表面上的原子相互接近到晶格的距離，展現(xiàn)固態(tài)的連接。

電阻點焊是最為常用的壓力焊。鎂合金薄板與擠壓件均能夠應(yīng)用常規(guī)的電阻焊，例如縫焊、點焊以及閃光對焊等焊接方式，其中點焊是最為常用的一種途徑。電阻電焊一般是應(yīng)用承載荷載比較低的工件焊接中，例如某一些鎂合金框架、儀表艙以及隔板等位置均可以采用電阻點焊。在焊接過程中，只需要確保焊劑功率可以達到瞬時快速加熱即可，直流脈沖電焊機和一般的交流點焊劑均可以使用在鎂合金的點焊當(dāng)中。鎂合金電阻電焊的工藝特征主要有三個方面：①鎂合金具備較好的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性，在點焊時，需要在短時間內(nèi)通過大電流；②鎂的表面容易發(fā)生氧化，被焊面接觸的電阻比較大，在通過焊接電流的時候普遍會出現(xiàn)飛濺現(xiàn)象；③因為導(dǎo)熱特性以及線膨脹系數(shù)比較大，在斷電之后熔核冷卻搜索非常快，如果處理不當(dāng)有可能會出現(xiàn)縮孔、裂紋等問題。

壓力焊另一種常用的方法便是摩擦焊。當(dāng)前，對于鍛造鎂合金尤其是壓鑄鎂合金方面摩擦焊的應(yīng)用非常廣泛。但是，摩擦焊的缺陷是有可能在焊接之后形成較多的微氣孔，這一些氣孔會因為受熱而發(fā)生聚焦成長的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致合金板的力學(xué)性能遭受影響，所以這類鎂合金的融化焊一般無法達到焊接的理想效果。

3結(jié)語

綜上所述，因為鎂合金具備非常大的市場應(yīng)用潛力與價值，在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中必然會不斷的增多。就當(dāng)前而言，鎂合金的焊接工藝仍然有提升空間，尤其是在鎂合金熔焊工藝當(dāng)中的基礎(chǔ)性研究，例如鎂合金的焊接冶金、填充焊絲的選擇以及活性助焊劑的制作、焊接裂縫、變形問題的控制等。

參考文獻：

[1]馮吉才，王亞榮，張忠典.鎂合金焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].中國有色金屬學(xué)報，2005（02）：165-178.

[2]胡學(xué)安，徐道榮