试析镁合金焊接技术的研究进展及应用

王正江

摘 要：本文对镁合金的焊接技术特点进行了阐述与分析，并结合镁合金焊接技术的研究进展，对其具体应用进行了介绍，希望能够从理论层面上支持镁合金焊接的进步与创新。

关键词：镁合金 焊接技术 研究进展 应用

引言

在科学技术不断发展的背景下，近来在社会各领域中开始广泛运用镁合金材料及其焊接技术。相较于铝合金材料，镁合金在质量、密度等性能参数方面具有较大的优势，其承载冲击能力较强，并且有机物与碱对其腐蚀作用较小，并且这种金属结构材料具有较强的铸造性，因此在工业生产与其他领域中，这种材料具有较高的应用价值与研究意义。

一、镁合金的焊接特点分析

镁合金具有非常活泼的化学性质，尤其是在高温环境之下，镁合金与氧结合发生化学反应的可能性非常高，其氧化反应之后形成的物质的熔点非常高，在镁合金焊接技术的应用中往往会产生一些负面影响。镁合金在焊接中往往存在诸多影响因素，例如热应力、氧化、蒸发、薄件烧穿与塌陷以及晶粒问题等，一旦控制不当，就会导致镁合金焊接难以达到预期效果。因此，在镁合金焊接中，必须对以下几方面内容予以高度关注。

1、热应力

研究表明，与钢材料相比，镁合金具有两倍的热膨胀系数，这一特点使得镁合金在焊接过程中的热应力问题十分突出，在热应力作用之下，工件的整体性能会受到严重的影响，例如形状、尺寸等等。与此同时，在温度上镁合金表层与内心存在一定的差异，热应力会增加表层收缩力，进而对内心部分产生拉力，进而导致工件发生形变，情况严重时还会造成工件出现裂缝。

2、氧化与蒸发

镁是镁合金材料的主要成分，其具有十分活泼的化学性质，尤其是在高温条件之下，镁与氧会发生化学反映并生成氧化镁，这种物质难以融化，并以细小颗粒夹渣的形式存在于镁合金中，进而对镁合金整体质量产生影响。

3、薄件烧穿与塌陷

在铝镁合金焊接过程中，由于生成的杂质氧化镁与镁合金的熔点存在较大的差异，并且镁合金的熔点要比氧化镁薄膜低很多，如此就会导致镁合金在焊接中受到氧化镁的限制，进出现烧穿、坍塌等现象，对焊接效果造成影响，增加二者融合的难度。

4、晶粒问题

镁合金这种金属的熔点相对较低，其具有良好的导热性能，然而在具体焊接中，焊接热源的选择往往会优先考虑较高的使用功率，如此一来就会使一些较大的晶粒存在于焊接的缝口处，同时也会增加焊接部位的温度，一旦有晶粒出现，那么就会影响到镁合金的整体力学性能，导致其作用与效果难以得到有效发挥。

5、热裂与气孔问题

相关研究显示，在镁合金焊接中，镁元素与铝、铜等很容易发生反应并形成共晶体，通常情况下这些共晶体具有较低的熔点，其表面出现裂缝的可能性非常高。并且在温度不断升高的情况下，镁合金焊接的氢气越来越少，进而使部分氢气孔得以形成，最终对工件整体质量产生不利的影响。

二、镁合金焊接技术

1、钨极惰性气体保护焊

钨极惰性气体保护焊又被称为TIG焊，这种方法的原理是基于惰性气体的保护，通过钨电极与工件间产生的电弧热作用，实现母材的融化与焊丝填充，在镁合金焊接中，钨极惰性气体保护焊的应用的特点在于不容易融于金属，而且与金属不会发生反应。此外，TIG焊的另外一个优势在于焊接中能够对工件表面的氧化膜予以清除，对于一些具有活泼化学性质的有色金属、不锈钢以及合金等焊接而言，这种焊接技术具有较强的适用性，在对电流进行合理调整的情况下，一些超薄的镁合金焊接甚至不会出现融化现象。

2、熔化极惰性气体保护焊

熔化极惰性气体保护焊又被称为MIG焊，其原理是通过氩气或富氩气体的保护，采用连续送进可融化的焊丝与在焊丝工件中燃烧的电弧作为热源，以此进行焊接作业。对于镁合金焊接而言，通过MIG焊的熔滴过渡，焊接的整体效果在稳定性与均匀性方面都比较突出，因此镁合金表面与内心的差异得到了有效控制，焊缝成形的美观性与均匀性较强，具有相对理想的焊接效果。在MIG焊的应用中，电弧气氛的氧化性很弱，基于此，MIG焊在碳钢、高合金钢的焊接中，能够对一些活泼金属及其合金进行焊接，例如铝和铝合金、镁和镁合金等等。此外，基于MIG焊的应用，整个焊接具有更高的工艺性，焊接效率也得到了大幅度提升。

3、攪拌摩擦焊

搅拌摩擦焊又被称为FSW，这种焊接技术的原理是基于工件端面的运动与摩擦作用产生的热能，使工件的热塑性状态得以实现，然后在短时间内进行顶锻与焊接。与常规摩擦焊相比，搅拌摩擦焊具有相同的机理，并且这种焊接技术同样是对摩擦热与塑形变形热加以运用，并以此作为焊接热源进行焊接作业。在镁合金焊接中，FSW属于一种固相焊接方法，例如有的金属具有较低熔点，对于此类材料的焊接FSW的适用性就相对较强，并且在实际应用中对工件表面的清洁度要求并不高，对环境产生的负面影响也较小，可见在镁合金焊接技术中，这种技术的环保性相对突出。

4、电子束焊

电子束焊又被称为EBW，这种焊接技术是基于加速与聚焦的电子束的应用，对置于真空或非真空中的焊件进行轰击，从中产生热能并实现焊接。就理论层面而言，电子束焊涉及到的内容相对广泛，例如机械、真空、高电压与电磁场理论、电子光学等等。对于镁合金焊接而言，电子束焊技术的应用对不同金属与合金材料的适应性较强，特别是在镁合金发生氧化反应时，其生成的氧化镁不易融化，通过电子束焊技术，其焊接效果能够趋于稳定与理想，并且电子束能够对焊缝进行精准定位，不会存在精度与重复性误差，因此在镁合金焊接中具有较高的应用价值。

5、激光焊和激光-TIG复合焊

激光焊简称为LBW，其原理是将激光束作为热源进行焊接。在焊接中会对激光器加以运用并将高功率密度的激光束发射聚缩在工件表面对其产生轰击作用，从而使热能得以产生，使工件融化并实现焊接目的。通过对激光焊的改进，激光-TIG复合焊逐渐得到应用，这种焊接技术是将前文所述的钨极惰性气体保护焊与激光焊结合到一起，以此提高焊接质量。

三、结束语

综上所述，镁合金焊接中依然存在一些缺陷，例如镁合金对氧气的化学亲和力一直以来都难以得到有效控制，例如在镁合金碎屑或粉尘在高温条件之下发生爆炸的可能性非常高，进而对工件质量与安全构成一定威胁。由此可见，针对镁合金及其焊接技术的研究与应用具有重要意义。

参考文献

[1] 孙德新，孙大千，李金宝等.镁合金焊接技术的研究进展及应用[J].材料导报，2006，20（8）：122-126.

[2] 刘黎明，王红阳.镁合金绿色高效焊接技术研究进展[J].航空制造技术，2016，（6）：16-21.

[3] 张大童，龙雁，李元元等.镁合金搅拌摩擦焊接技术的研究进展[J].特种铸造及有色合金，2006，26（3）：156-158.

[4] 王绪科，周吉学，詹成伟等.镁合金焊接技术研究进展[J].山东科学，2012，25（5）：39-46.