镁合金结构及焊接（下）

6 Mg合金的焊接

由以上分析可知Mg合金的焊接有很大困难，满意的焊接质量不易获得，但是由于工业的迫切需要，许多科学工作者作出了很大的努力，取得一些重要成果。
表2为常用镁合金的化学成分和力学性能。表3为Mg合金能采用的焊接方法。其中特别值得注意的是最新研究成功的焊接方法（表中注明为“好、新”），以下对这几种方法予以介绍。

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>表2 镁合金化学成分及力学性能

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>型号

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>化学成分（质量分数）（%）

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>力学性能

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>美国

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>中国

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Al

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Zn

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Mn

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Ce

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Zr

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>σ_b

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>σ_0.2

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>HB

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>δ(%)

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>状态

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MPa

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>M1A

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MB1

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>1.3~2.5

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>290

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>55

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>7.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>热挤棒（R）

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>300

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>55

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>10.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>淬火处理（T4），棒材

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>AZ31B

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MB2

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>3.0~4.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.2~0.8

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.15~0.5

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>240

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>130

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>45

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>12.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.8~3.0退火板(M)

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MB3

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>4.0~5.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.8~1.5

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.4~0.8

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>250

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>150

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>-

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>12.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.8~3.0退火板(M)

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>200

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>110

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>5.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>模锻件（R）

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>AZ61A

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MB5

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>5.5~7.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.5~1.5

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.15~0.5

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>260

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>50

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>8.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>模锻件, 退火 (M)

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>AZ63A

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MB6

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>5.0~7.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>2.0~3.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.2~0.5

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>AZ80A

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MB7

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>7.8~9.2

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.2~0.8

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.15~0.5

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>300

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>55

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>8.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>淬火处理（T4），棒材

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MB8

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>-

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>1.5~2.5

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.15~0.35

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>225

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>120

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>51

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>12.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>冷轧退火板材（M）

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>245

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>155

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>8.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>半冷作硬化板材 (Y2)

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>ZK60A

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MB15

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>-

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>5.0~6.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>-

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.3~0.90

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>315

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>245

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>6.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>棒材 d8-100 (纵向)

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MB25

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>~0.05

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>5.5~6.4

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>~0.1

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>Y 0.7~1.7

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.45

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>345

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>275

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>7.0

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>棒材(纵向) (R)

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>AZ92

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>8.3~9.7

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>1.7~2.3

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>0.15

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>表3 镁合金可焊性情况

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>材料类型

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>焊接方法

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>MIG

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>TIG

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>PLW

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>VPPA

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>EBW

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>LW

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>FSW

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>复合焊接方法

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>电阻焊

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>气焊

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>扩散焊

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>钎焊

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>LW+TIG

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>LW+MIG

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>LW+EMW

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>镁锰系

AZ31B

MB1

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

MB8

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>可焊

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>好

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>(新)

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>可焊

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>镁铝锌系

AZ61A

MB2

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>好

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>(新)

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>可焊

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>好

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>(新)

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>好

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>(新)

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>可焊

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

MB3

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

MB5

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

ZK60A

MB6

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

MB7

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

AZ31

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>好

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>(新)

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>可焊

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>可焊

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>可焊

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>好

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

ZM5

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>好

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>(新)

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>镁锌锆系

MB15

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

ZM1

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

ZM2

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

ZM3

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

normal align=center>

normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>

MIG: 熔化极惰性气体保护焊 TIG: 钨极惰性气体保护焊 PLW: 等离子弧焊 VPPA: 变极性等离子弧焊 EBW：电子束焊 LW：激光焊 FSW：搅拌摩擦焊

6.1 MIG焊接法

新的MIG焊接法是德国M. Rethmeier等所研发的成果，在Mg的MIG焊接中，由于Mg合金的沸点很低，加之蒸汽压上升很快，所以在熔滴稍有过热时，就会产生爆炸，因而造成大量的飞溅，使MIG焊过程无法进行。Rethmeier等创造了一种受控的熔滴形式，利用可控的电流波形使熔滴既能过渡，又不过热，波形图如图16所示。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型。图17为实际电流波形图。图18所示为采用此电流波形后熔滴过渡情况，可见过渡非常平稳。采用此种方法，作者成功地焊接了AZ61、AZ31镁合金的生产试件，（见图20），并成功地研制出工业机器人操作的MIG焊机（见图21），焊接接头疲劳强度可达母材的75%，接头断面见图19。

图20 Mg合金MIG焊之试验件

图21 Mg合金MIG焊机器人及焊接情况(T型接头，2.5mm厚，AZ31合金)

6.2 搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊是Mg合金焊接的一个比较理想的方法，邢丽等对MB8镁合金进行焊接,获得了外观成形良好，内部无气孔、裂纹，焊后几乎无变形的接头，其抗拉强度可达母材的76%。试验证明，焊接热输入越低（即焊速越高）其接头强度越高。见表4。

表4 镁合金塑化连接接头的力学性能

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>Traverse speed v/(mm·min^-1)

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>30

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>60

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>95

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>118

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>235

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>300

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>s_b/MPa

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>143

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>141

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>146

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>134

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>159

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>172

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>130

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>132

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>138

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>135

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>151

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>167

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>s_b/ s_b母 (%)

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>64

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>63

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>65

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>60

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>71

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>76

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>58

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>57

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>61

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>60

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>67

normal style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center>74

图22为AZ81A镁合金焊缝外观成形，图23为接头宏观形貌。图24为其金相组织情况，由此可见其质量是理想的。

图22 AZ81A镁合金搅拌摩擦焊焊缝的外观成形

图23 搅拌摩擦焊接头宏观形貌

图24 搅拌摩擦焊接头的组织形态

7 结论

    A．镁合金是21世纪新型绿色结构材料，资源丰富，在汽车、交通、宇航、电子产品、民用产品等领域均有极为重要的价。
    B．镁合金作为结构材料，焊接是一个关键技术，因此焊接成为目前国内外的研发热点。
    C．若干年来，焊接工作者已成功地完成Mg合金的MIG、EBW、LBW及FSW的方法和工艺，但离工业实际大规模应用仍有相当距离。