镁和镁合金的焊接工艺的修整

佳木斯职业学院

毕业设计（论文）、

题目镁和镁合金的焊接工艺

专业焊接技术及自动化

班级学号

姓名刘啟超

指导教师

2011 年09 月13 日

目录

1 材料介绍 (5)

2 激光焊接技术 (5)

2.1同种镁合金的激光焊接 (5)

2.2镁合金与铝合金的激光焊接 (5)

3 等离子弧焊技术 (6)

3.1同种镁合金的变极性等离子弧焊…………………………………………………. .6

3.2镁合金的变极性等离子弧缝焊 (6)

4 熔化胶接焊焊接技术 (10)

4.1镁合金等离子弧胶接焊 (11)

4.2镁合金与铝合金的激光胶接焊 (12)

5 镁合金与铝合金的扩散焊接技术 (13)

6 镁合金焊接接头电弧喷涂防护技术 (13)

7 镁合金焊接技术的应用及展望 (15)

8 参考文献 (15)

9 致谢 (16)

材料介绍

众所周知，由于镁和镁合金的焊接性能不好，所以，近年来，分别采用钨极氩弧焊、激光焊、激光一氩弧复合热源焊接，使其变形成镁合金AZ 31B，系统分析焊接接头的组织及性能。结果发现，氩弧焊的焊缝表面成型较好，但接头深宽比小、热影响区宽且组织晶粒粗大，试样的抗拉强度较低；激光焊接头深宽比大、几乎不存在热影区、组织晶粒细小、基本无焊接变形，试样的抗拉强度较高；激光一氩弧复合热源焊接技术焊缝的表面成型接近氩弧

焊，其深宽比及组织晶粒度接近于激光焊，且焊接变形小，接头强度抗拉强度接近母材。激光一氩弧复合热源焊接技术充分利用了激光和电弧相互作用的优势，克服了二者的不足，无论是在接头质量，还是在生产效率上都具有明显的优势，是一种高质高效的镁合金焊接工艺。

2 激光焊接技术

2.1同种镁合金的激光焊接

激光焊接作为一种先进的连接技术，具有速度快、线能量低、焊后变形小、接头强度高等优点，得到了人们极大的关注。采用脉冲YAG激光对AZ31B变形镁合金进行对接焊，结果表明，镁合金激光焊焊缝变形小，成型美观，无裂纹等表面缺陷、背面熔透均匀，如图1所示。焊接接头热影响区不明显，无晶粒长大现象；焊缝区由细小的等轴晶组成，如图2所示。在本试验条件下，接头的抗拉强度可达母材的95%以上，实现了镁合金的良好连接。研究表明，激光焊接对焊接工艺参数要求严格，同时镁合金激光焊接过程中易出现裂纹、气孔、热影响区脆化和激光能量吸收率低等系列问题。

图1 激光焊焊缝表面形貌图2 镁合金激光焊接接头组织

2.2镁合金与铝合金的激光焊接

镁铝异种金属可以通过真空扩散焊、爆炸焊、搅拌摩擦焊等方法实现一定程度的连接，但其结合强度并不理想。造成这种结果的主要原因是两种材料焊接时在熔池内部形成了高硬度高脆性的金属间化合物。

SiC颗粒在铸造领域常常与镁、铝合金结合形成复合材料，可以细化材料的微观组织并且全面地提高机械性能；其在表面熔覆的工艺中也经常得到应用。针对SiC的性质及其在镁、铝复合材料中应用研究的基础上，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，来达到提高镁铝焊接接头性能的目的。

对比镁合金与铝合金的直接激光焊接与加入SiC颗粒的激光焊接，其宏观焊缝横截面如图3所示。在相同激光功率条件下，焊接熔池横截面宏观形貌发生了改变。与激光直接焊接相比，加入SiC夹层后熔池内部搅拌能力降低并且镁铝板材界面处熔宽增加。对焊接试件进行剪切试验，结果表明SiC的加入改变了熔池的微观组织，使金属间化合物反应层厚度降低，焊缝的抗剪切拉伸性可达激光直接焊接的三倍以上。

图3 焊缝宏观横截面

A．直接激光焊接 B. 加入SiC夹层的激光焊接

3 等离子弧焊技术

3.1同种镁合金的变极性等离子弧焊

等离子弧（Plasma Arc）是一种受到约束的非自由电弧，温度和能量密度都显著高于普通电弧，是一种高效的焊接方法。采用变极性等离子弧焊接镁合金时，可以在背面无垫板的情况下实现对接接头的连接，具有熔深大、焊前准备少、焊接质量高、工件变形小及焊道数目少等优点。图4为变极性等离子弧焊接镁合金AZ31B的接头宏观形貌，接头成形美观，背面熔透均匀。焊接接头没有明显的热影响区，焊缝组织均匀，晶粒细小，如图5所示；经测试焊接接头拉伸强度达到母材的95%以上。

图4 镁合金变极性等离子弧焊宏观接头形貌图5 变极性等离子弧焊缝接头微观组织

3.2镁合金的变极性等离子弧缝焊

采用变极性等离子弧焊对5mm厚的镁合金板材进行了缝焊，工艺原理图如图6所示，焊缝的宏观照片如图7所示，从焊缝的宏观组织图看，上面镁板具有变极性等离子弧小孔焊的工艺特征——背面熔透均匀，接头的上下表面熔宽尺寸变化小，这将有利于减小应力集中，改善接头的性能。这种方法不仅提高了中厚度镁合金板材的焊接质量，还简化了生产流程、提高生产了效率，适用于大批量生产。

图6 变极性等离子缝焊工艺原理图图7 变极性等离子缝焊焊缝宏观组织

4 熔化胶接焊焊接技术

针对目前对异种金属材料连接技术的迫切需求，提出一种“熔焊-胶接”（即胶焊）连接新技术。将激光、等离子弧等高能束连续熔化焊接技术与胶接技术有机复合，实现机械结合、冶金结合和化学结合的有效统一，不但具有传统胶接点焊的优点，同时实现了连续熔焊的“线结合”与胶接的“面结合”的相互促进，接头综合性能显著提高，为今后异种材料的连接提供新的方向。

4.1镁合金等离子弧胶接焊

采用等离子弧胶焊技术对同种镁合金板材进行焊接性试验，探索了等离子弧胶焊技术的工艺特点，分析了焊缝的组织和性能，对进一步研究等离子弧胶焊技术的工艺特点有着重要的指导意义。

等离子弧胶焊技术是一种新型的焊接方法，它采用了将等离子弧焊接工艺与粘接工艺相复合的方法对工件进行连接。等离子弧能量密度大，弧柱温度高，对焊件加热集中，熔透能力强，对中厚板材可一次焊透，在同样熔深下其焊接速度比TIG焊高，可提高焊接生产率。此外，等离子弧对焊件的热输人较小，焊缝截面形状较窄，深宽比大，呈“酒杯”状。热影响区窄，其焊接变形也小。胶接接头应力分布均匀，无应力集中，密封性好。胶接可取消机械紧固件(如螺钉、螺母等)，不需要联接孔，不会减少材料的有效横截面积，可充分利用材料的全部强度，因此采用胶接可大大减轻整体结构重量。此外接头还有绝缘、耐腐蚀等特点。

图18为等离子弧胶焊工艺示意图。焊接接头采用搭接接头形式。胶粘剂厚度为0.1mm。在不开坡口、无背面强制成形保护条件下，进行镁合金等离子弧胶焊试验，焊缝横截面见图19所示，可以看出，熔池形状上宽下窄，也呈“丁”字形，表面凹陷较小，焊缝内部无气孔和裂纹等明显缺陷。力学性能分析显示，等离子弧胶焊接头的失效载荷较等离子弧焊和胶接接头有明显提高。在加载相同载荷的情况下，等离子弧胶焊接头的热裂倾向小。

图18 等离子胶焊工艺示意图图19 焊接接头宏观形貌

4.2镁合金与铝合金的激光胶接焊

采用激光胶接焊新型焊接工艺对镁铝异种金属进行了连接，实现了镁铝异种金属薄板间的有效连接。该方法有效的改变了镁铝间金属间化合物的分布和特点，进而增加了熔深，提高焊接接头的强度。在激光胶接焊过程中，胶层对整个焊接熔池产生了很大的影响。它不仅改变了整个熔池的流动形式，还直接影响了焊接过程中的热量传递，进而改变了传统意义上的激光焊接过程。焊接结构示意图如图20所示，在搭接区域涂刷一层厚度为0.1mm的胶层。焊接接头的宏观形貌如图21所示。测量镁铝异种金属激光胶接焊接接头力学性能，其综合力学性能达到镁合金母材的90%以上，能够基本满足目前针对镁铝连接强度的需求。

在激光胶接焊过程中由于胶层的加入加速了镁合金和铝合金之间的热传递作用，使镁合金的冷却速度有所增加，同时对铝合金间接起到了预热的作用。这种预热的作用在一定程度