镁铝异种合金材料连接方法

镁铝异种合金材料的连接方法

摘要：镁铝异种材料的物理、化学性能上的差异比较大，这就使得在焊接过程中，比较难搞得比较好的焊接接头，这就是使得这种材料比较难以走进实用化的发展方向。现今，对于焊接的专家学者而言，已经开始对这种材料实施了大量有意义性的探讨、研究，一般方法就有扩散焊、电容放电焊以及熔化焊等。在一般性的熔化焊中，是比较难搞成高质量的焊接接头；激光与电子束的焊接，是不能够有效地克服一些界面所存在的反应问题；而钎焊的加热温度过低，就不能够将基体中的金属彻底性的熔化，这样就能够有效地减轻基体中的破坏程度，明显的减小这些热变的形状，这在实践中，将是一个非常实用性的连接方法。由于镁铝异种材料之间在物理、化学性能上所存在的差别不同，就会使得且中间层比较脆性，进而焊接的性能就比较差。

关键词：焊接技术；金属熔化；实用性；镁铝异种材料；反应问题

一、爆炸焊连接

运用相关的爆炸技术所产生巨大的冲击力，而产生的工件在短时间内发生碰撞，从而就可以完成焊接的方法。爆炸焊接时，通常把炸药直接敷在覆板表面，或在炸药与覆板之间垫以塑料、橡皮作为缓冲层。覆板与基板之间一般留有平行间隙或带角度的间隙，在基板下垫以厚砧座。炸药引爆后的冲击波压力高达几百万兆帕，使覆板撞向基板，两板接触面产生塑性流动和高速射流，结合面的氧化

膜在高速射流作用下喷射出来，同时使工件连接在一起。

爆炸焊连接镁和铝的接头强度较高，实现了接头的“等强度性”，目前已应用于实际生产中。然而研究表明：界面处形成了mgo以及al2o3等脆性相，削弱了接头的塑性，而且接头的热稳定性较差，焊接变形大，接头形式也有一定的限制。

拉剪强度测量证实了钛-不锈钢爆炸复合棒达到了钛的等强结合。类似的测量也证实，在正应力作用下，破断也发生在钛材内。这验证了金属爆炸焊接可获得的最好结合强度相当于被焊金属中

弱者的强度的理论说法。

用透射电镜和能谱仪等微观分析手段对爆炸焊接结合界面的微

观组织进行观测和研究，结果表明，碰撞区由超细晶粒区（0.5～4.0μm宽）和两侧的高变形区组成，并证实了在高质量的焊接接头中有一个很窄的熔化区，它是由超细等轴晶组成的。

二、高能束焊

激光焊接有两种基本模式：热导焊和深熔焊，前者所用激光功率密度较低（105～106w/cm2），工件吸收激光后，仅达到表面熔化，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。后者激光动车密度高（106～107w/cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝。

这种焊接模式熔深大，深宽比也大。在机械制造领域，除了那些微薄零件之外，一般应选用深馆焊。

深熔焊过程产生的金属蒸气和保护气体，在激光作用下发生电离，从而在小孔内部和上方形成等离子体。等离子体对激光有吸收、折射和散射作用，因此一般来说熔池上方的等离子体会削弱到达工件的激光能量。并影响光束的聚焦效果、对焊接不利。通常可辅加侧吹气驱除或削弱等离子体。小孔的形成和等离子体效应，使焊接过程中伴随着具有特征的声、光和电荷产生。

sic颗粒在铸造领域常常与镁、铝合金结合成复合材料，可以洗化材料的微观组织并且全面的提高机械性能；其在表面熔覆的工艺中也常常得到应用。针对sic的性质及其在镁、铝复合材料中的应用研究基础上，提出sic作为中间层进行激光镁铝搭接焊工艺，将sic颗粒作为中间层进行镁铝激光搭接焊，来提高镁铝焊接接头性能的目的。

对于镁铝异种材料激光焊接，其影响因素主要有：表面处理，保护气体，激光输出功率和脉冲频率，其中脉冲频率和激光输出功率一直是激光焊接质量的主要影响因素。激光输出功率过小使得接头未焊透，功率过大则焊接飞溅大，焊缝成形差，同时将会引起严重的界面反应，导致接头强度降低。激光束功率对接头强度的影响应存在一个最佳值。接头强度随脉冲频率的增加而升高，当脉冲频率超过30hz时接头强度达到151.3 mpa，处于稳定状态其原因如下：（1）在其它参数不变的情况下，频率的增加，使两个相邻脉冲

熔池间的间距变小，相互重合的区域变大，有利于内部微裂纹的消除；

（2）随着脉冲频率的增加，在总的输出功率不变的情况下，意味着每次输出能量的减少，有利于抑制界面反应；

（3）脉冲频率的增加，有利于改善焊缝的结晶状态，细化晶粒。另外，对于激光焊接铝基复合材料，采用n气、ar气保护均取得了较好的效果。

由此可见，激光焊因其能量密度很高，并且由于增强相对激光束的吸收率高而导致增强相过热，甚至熔化，使反应更加剧烈。而采用脉冲激光焊并附以合适的填充材料等措施后可有所改善，但仍难以完全抑制反应的产生

激光焊特点：加热范围小，焊缝和热影响区窄，接头性能优良；残余应力和焊接变形小，可以实现高精度焊接；可对高熔点、高热导率，热敏感材料及非金属进行焊接；焊接速度快，生产率高；具有高度柔性，易于实现自动化。

三、钎焊

钎焊加热温度低，不涉及基体金属的熔化，可减轻基体-增强相界面反应、降低增强体的破坏程度、显著减少热变形和易于实现异种金属的连接，因而是一种有重要应用前景的连接方法。而对于异种材料就比较复杂，钎焊连接主要问题为：一是增强相的存在严重阻碍了钎料在母材表面的润湿与铺展，使得基体-基体、基体-增强相、增强相-增强相之间的连接难以实现；二是镁合金和铝合金本

身钎焊性不良；三是钎焊温度要严格控制，钎焊存在温度最佳值，低于该温度，接头剪切强度低；高于该温度，发生界面反应，损伤时效硬化基体的性能；四是钎焊过程中母材发生退火软化，焊后必须通过热处理提高力学性能。

四、电阻焊

电阻焊具有加热和冷却时间短，热量集中，焊接变形小，而且冶金过程简单，一般不需要填充材料和熔剂，不需要保护气体，工艺过程简单，易于实现机械化及自动化，以及焊接生产效率高，成本低和对增强相破坏程度小的特点。在电阻焊中，电阻率决定了焊接界面的长度或宽度，因此较适合于焊接较长、较窄的材料。脉冲电阻焊（irw）是利用高能量电子脉冲来实现加热。当焊接较大面积的材料时，为保证能量和压力，连续电阻焊（srw）是一个可供选择的方法。srw允许的双搭接接头长度最长为1.2m。但是高昂的费用和焊接时间是影响其应用的主要问题。

尽管电阻焊在异种材料焊接中也有一些应用，但由于异种金属材料的电阻相差很大，在电阻焊过程中容易使产生过熔、飞溅，纤维发生粘结、破碎并产生空洞，接头强度大大受影响。此外，这种焊接方法还很受焊接尺寸形状限制。且随着温度的升高，界面受热越来越不均匀。

参考文献：

[1]陈东初；吴建峰；龚伟慧；李文芳；徐东明；az91d镁合金表面植酸转化膜的正交实验优化研究[j]；兵器材料科学与工程；2009