摘要：镁合金是目前实际应用的质量最轻的金属结构材料，由于它具有密度小，比强度、比刚度高，铸造性能好，减震性和抗磁性好，易于切削加工，尺寸稳定性高等一系列优点，在汽车、电子、电器、交通、航空、航天和国防工业领域具有极其重要的应用价值和前景。本文就镁合金焊接技术的研究现状及应用进行分析。
关键词：钛镁合金；现状；应用
引言
随着对镁合金的进一步研究和在各个领域中更加广泛的应用，开展镁合金焊接技术的研究工作显得尤为重要和迫切，提高镁合金的焊接性、获得优质焊接接头是进一步拓宽镁合金应用范围的重要条件。本文综述了各种焊接方法在镁合金上的应用，对镁合金焊接技术的研究现状进行了介绍。
一、镁合金的焊接特性
1.1 氧化、氮化和蒸发
镁易与氧结合，在镁合金表面会生成MgO薄膜，会严重阻碍焊缝成形，因此在焊前需要采用化学方法或机械方法对其表面进行清理。在焊接过程的高温条件下，熔池中易形成氧化膜，其熔点高，密度大。在熔池中易形成细小片状的固态夹渣，这些夹渣不仅严重阻碍焊缝形成，也会降低焊缝性能。这些氧化膜可借助于气剂或电弧的阴极破碎方法去除。当焊接保护欠佳时，在焊接高温下镁还易与空气中的氮生成氮化镁Mg3N2。氧化镁夹渣会导致焊缝金属的塑性降低，接头变脆。空气中的氧的侵入还易引起镁的燃烧。而由于镁的沸点不高（1100℃），在电弧高温下易产生蒸发，造成环境污染。因此焊接镁时，需要更加严格的保护措施。
1.2 热裂纹倾向
镁合金焊接过程中存在严重的热裂纹倾向，这对于获得良好的焊接接头是不利的。镁与一些合金元素（如Cu、Al、Ni等）极易形成低熔点共晶体，例如Mg-Cu共晶（熔点480℃）、Mg-Al共晶（熔点437℃）及Mg-Ni共晶（熔点508℃）等，在脆性温度区间内极易形成热裂纹。镁的熔点低，热导率高，焊接时较大的焊接热输入会导致焊缝及近缝区金属产生粗晶现象（过热、晶粒长大、结晶偏析等），降低接头的性能，粗晶也是引起接头热裂倾向的原因。而由于镁的线膨胀系数较大，约为铝的1.2倍，因此焊接时易产生较大的热应力和变形，会加剧接头热裂纹的产生。
1.3 气孔与烧穿
与焊接铝相似，镁焊接时易产生氢气孔，氢在镁中的溶解度随温度的降低而急剧减小，氢的来源越多，出现气孔的倾向越大。镁及镁合金在没有隔绝氧的情况下焊接时易燃烧。熔焊时需要惰性气体或焊剂保护，由于镁焊接时要求用大功率的热源，当接头处温度过高时，母材会发生“过烧”现象，因此焊接镁时必须严格控制焊接热输入。热输入的大小与受热次数对接头性能和组织有一定影响，因此应限制接头返修或补焊次数，同时应注意焊接方法、焊接材料及焊接工艺的变化会导致接头力学性能的差异。
二、镁合金焊接技术的现状
2.1TIG焊（惰性气体钨极保护焊）
钨极气体保护焊是目前镁合金最常用的焊接方法。可分为钨极氩弧焊和钨极氦弧焊。钨极氩弧焊焊接镁合金，接头的变形小且热影响区较窄，接头的力学性能和耐腐蚀性能都较高。由于镁合金的特点，焊接时要使用交流电源，以去除氧化膜，焊接过程中主要存在气孔、夹杂和热裂纹等缺陷，利用活性焊接可以改善钨极氩弧焊接镁合金时存在的熔深浅的缺点。
为了实现对镁合金厚板的焊接，增加熔深，许多研究集中于活性钨极氩弧焊（ATIG）方面。在焊接镁合金之前，在焊接区域涂覆氯化物（LiCl，CaCl2，CdCl2，PbCl2，CeCl3），然后施焊。研究发现这些氯化物可以使熔深增加两倍。这主要是由于氯化物的添加增大了电弧电压和电弧温度，而且在焊接方向上增大了电弧的宽度，使得焊接过程中在增大热输入的同时伴随着热流的重新分布。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在这些氯化物中，CdCl2的作用最为明显，由于Cd的第一电离能很高，CdCl2的熔点、沸点和分解温度低，因而焊接电压高、弧温高，增大了熔合区深度，可以获得更大的深宽比。
在镁合金的TIG焊过程中，选用合适的焊接工艺规范，可以实现镁合金薄板和中厚板的焊接，并且焊接接头的性能可达到母材的80%以上。
2.2MIG焊（惰性气体保护金属极电弧焊）
在镁的MIG焊接中，由于镁合金的沸点很低，加之蒸汽压力上升很快，所以在熔滴稍有过热时就会产生爆炸，造成大量的飞溅，使得MIG焊过程无法进行。利用可控的电流波形使熔滴既能过渡，又不过热。波形的第一部分，使熔滴形成时以短路方式过渡，当此熔滴过渡后，继续产生一个小的脉冲电源，使第二个熔滴柔和地进入熔池。电源波形的各部分均可进行调节。采用高速摄影协助进行观察、调节，从而获得非常理想的熔滴过渡和焊缝成形。
2.3等离子弧焊
与常规钨极氩弧焊相比，穿孔等离子弧焊能在不填丝、不开坡口、不需背面强制成形条件下实现中厚度板材的单面一次焊双面良好成形，且接头内部缺陷率低，焊接变形小。文献就穿孔型等离子弧焊在镁合金焊接中的应用及变极性等离子弧焊焊接参数的变化对焊缝成形和接头性能的影响进行了一系列的研究，试验结果表明在适当的工艺参数作用下焊缝外观成形良好，内部无气孔、裂纹，焊后几乎无变形，接头的力学性能达到母材的90％。
三、镁合金焊接技术发展趋势
2.1复合焊接方法的采用
由于镁合金本身所固有的物理化学特性，以及焊接方法本身的局限性，使得镁合金的焊接过程经常伴有缺陷的出现，将两种焊接方法结合到一起，各取所长形成复合热源对镁合金进行焊接，可以得到非常满意的效果。宋刚等人就激光—氩弧复合热源焊接变形镁合金AZ31B进行了研究。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、几乎不存在热影响区、组织晶粒细小、基本无焊接变形，试样的抗拉强度较高；激光—氩弧复合热源焊接技术可使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，接头的抗拉强度接近母材。激光—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。
2.2电磁作用下镁合金的焊接技术
磁控焊接技术是近几年发展起来的新型焊接技术。采用外加磁场控制焊接质量，具有附加装置简单、投入成本低、效益高、耗能少等特点。1962年，Brown等人最先在不锈钢、钛合金、铝合金焊接中研究电磁搅拌的影响，发现晶粒细化现象；1971年，Tseng和Savage最先研究了在TIG焊时电磁搅拌对微观组织和性能的影响，随后国内外开始对外加磁场作用下的焊接技术进行广泛的研究。研究发现：外加磁场作用下的焊接技术改变了电弧焊的电弧形态，影响母材熔化和焊缝成形，通过电磁搅拌作用，改变焊接熔池液态金属结晶过程中的传质和传热过程，从而改变晶粒的结晶方向，细化一次组织，减小偏析，提高焊缝的力学性能，降低气孔、裂纹等焊接缺陷的敏感性，在国外被称为“无缺陷焊接”。
四、结束语
虽然镁合金焊接性能优良，但对于实际应用来说，如何克服镁合金焊缝处明显的脆性，气孔、裂纹的产生，热影响区晶粒粗大等方面的问题，是镁合金焊接技术发展的关键。同时，镁合金与其它金属的连接等问题还有待进一步研究。因此，研究和开发高技术含量的镁合金焊接技术对于镁合金的广泛应用具有重大意义。
参考文献：
[1]方乃文，王丽萍，李连胜，林晓辉.镁合金焊接技术研究现状及发展趋势[J].焊接，2017（05）：22-26+69.
[2]程艳艳.镁合金焊接技术的研究现状及应用[J].山东工业技术，2016（20）：8.
论文作者:孙彩霞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/28
标签：镁合金论文; 电弧论文; 晶粒论文; 焊接技术论文; 裂纹论文; 熔点论文; 气孔论文; 《基层建设》2019年第16期论文;