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有色
镁合金的焊接技术研究
张大华
(兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州730050)
摘要:综述了镁合金的应用与性能,焊接技术已成为制约其应用的关键所在。介绍了镁合金的
焊接研究现状,阐述了镁合金的钨极惰性气体保护焊、熔化极惰性气体保护焊、搅拌摩擦焊、
电子束焊、激光焊、电阻点焊等焊接工艺的特点,并对镁合金的焊接研究进行了展望。
关键词:镁合金;焊接;研究;展望
中图分类号:TG457.19文献标识码:A文章编号:1673-3320(2010)02-0023-04
Research on Welding Technique of Magnesium Alloy
Zhang Dal
State Key Laboratory of Gansu Advanced Nonferrous Metal Materials, Lanzhou University
of Technology, Lanzhou 730050, Gansu, China
Abstract: The present applications and characteristics of magnesium alloys are summarized. Welding
technique has been a key technology restraining the application of magnesium alloy. The results of recent
investigations on the welding techniques were reviewed, the characteristics of gas tungsten arc welding,
metal inertia gas welding, friction stir welding, electron beam welding, laser welding and resistance spot
welding were summarized, and the future directions of research on magnesium alloy were prospected
Key words: magnesium alloy; welding; research; development
自20世纪90年代初期开始,以镁合金为代?比较少l。如果采用合理的焊接工艺,不但可以
表的轻金属材料异军突起,世界镁产业以每年加工出尺寸更加庞大、结构更加复杂的镁合金零
15%~25%的幅度増长,这在近代金属工程材料部件,而且可以扩大镁合金的应用范围。随着
的应用上是前所未有的。镁合金已经成为最令市场的需求以及焊接技术的日益成熟,镁合金的
人瞩目的绿色环保型工程材料,属于21世纪的朝焊接技术必将成为影响镁合金发展的一个极为重
阳工程,世界各国都在高度重视镁合金的研究与要的因素。本文介绍了镁合金各种焊接技术的特
开发,将其作为重要的战略资源。镁合金在交点和研究现状,并对各种镁合金焊接技术做了展
通运输、电子通讯和国防工业中得到了广泛的应望
用。镁合金还被广泛应用于牺牲阳极,这部分的
1镁合金的性能特点
镁合金需求量在以每年20%的速度增长。此外,
镁及镁合金还被应用于家庭消费品、电力工业、
镁是常用金属材料中质量最轻的一种,在
办公设备、家电设备、机床设备、运动机械、光20℃时的密度为1.738g/cm,仅为钢铁的1/5,铝
学设备等领域
的2/3,而且地壳中镁的储量丰富,约占地壳总
然而,随着镁合金应用的逐步推广,镁合量的2.77%,在金属元素中仅次于Al、Fe,居第3
金的成形技术受到了严峻的考验。由于镁合金自位。镁的化学性质活泼,以合金化的形式用于结构
身物理特性的缘故,现有的镁合金成形技术主要工程材料,以防止它在空气中氧化,甚至自燃
以铸造为主,而镁合金焊接技术发展方面的研究镁合金具有以下性能特点:
收稿日期:2010-01-04。
作者简介:张大华(1981~),男,硕士研究生,主要从事新型高强高韧镁合金的开发。
2010年第2期
铸造工程
)质量轻。镁合金的密度小,它是最轻的氮化镁。并且,由于镁的沸点不高,约1100℃,
实用合金。
所以在电弧高温下镁很容易蒸发。
2)比强度、比刚度高。虽然镁合金的密度
4)薄件的烧穿与焊缝塌陷。薄件焊接时,
比塑料大,但单位质量的强度和弹性率比塑料由于镁合金的熔点低,氧化镁薄膜的熔点高,
高。在保持同等强度下镁合金的质量比钢铁、铝者很难结合,焊接操作时难以观察焊鏠的熔化过
合金轻得多。
程。即使温度升高,熔池的颜色也没有显著变
3)导热性好。镁合金的导热性比塑料好得化,所以极易发生烧穿现象。因为镁的表面张力
多,这样镁合金作为电子产品外壳,可以把电子比较小,焊接时很容易产生焊缝金属坍塌现象
器件产生的热很快传出去,从而避免发生故障。
5)产生热裂纹。镁易与ー些合金元素(如
4)机械加工性好。镁合金切削阻力比其它金Ni、Cu、A1等)形成低熔点的共晶体,这样会导
属小,机械加工速度快,并且镁合金不需要磨削致合金的脆性温度区间较宽,从而倾向于形成热
和抛光就能得到光洁的表面
裂纹
5)电磁屏蔽性能好。镁合金与工程塑料相
6)出现气孔。焊接镁合金时很容易形成氢气
比具有很好的电磁屏蔽性。这样镁合金应用于移孔,这是因为氢在镁合金中的溶解度也是随温度
动电话壳体,可以减少辐射对人体的危害。
的降低而减少的。气体不易溢出,在焊缝冷却凝
6)尺寸稳定性好。镁合金一个突出特性就固过程中就会形成气孔。
是不需要退火或者去应力就具有良好的尺寸稳定2.2镁合金常用的焊接方法
性。镁合金的体收缩率为6%,是铸造合金中最低2.2.1焊前准备
的
1)焊接设备。镁合金所用的焊接设备和铝合
7)可回收利用。镁合金不像塑料存在老化金相同,换句话说,铝合金焊接所用设备均可满
问题,可以完全回收利用。而且由于镁合金的熔足镁合金焊接的要求
点低、比热容小,再生熔解时所消耗的能量仅仅
2)焊接材料。镁合金焊接时,通常选用与母
是生产原镁的4%。
材化学成分相同或相近的焊丝。有时为了防止焊缝
2镁合金焊接技术
附近沿晶界析出低熔点共晶体,减少裂纹倾向,增
加金属流动性,亦可选取与母材不同的焊丝。
2.1镁合金的焊接特点
3)焊前清理。镁合金在焊接前,要对母材和
由于镁合金质量轻、熔点低,热膨胀系数大
焊接材料进行清理。镁合金是化学性质比较活泼
热导率、电导率大,化学性质活泼,高温易氧化,的金属材料,很容易氧化,在合金表面形成氧化
生成的氧化物熔点高,给镁合金焊接过程带来诸多镁薄膜。必须通过机械法或者化学法将镁合金表
不利影响。镁合金的焊接特点如下
面的氧化膜、油渍、尘污等除掉。与此同时,焊
1)促使晶粒粗大。由于镁合金的熔点低,丝在使用前,也应对其进行仔细清理,以保证良
热导率高,焊接时需米用大功率的焊接热源,这好的焊接品质。
样会造成焊缝以及焊缝区产生过热、晶粒粗大现
4)预热。对于应力较大、形状复杂的焊件,
象,影响接头部位的力学性能。
尤其是铸件,通过预热可减少基体金属与焊缝金
2)产生热应力。镁合金具有较大的热膨胀属之间的温差,这样就有效地防止了焊接后开