镁合金怎么焊接 镁合金焊接性问题主要有哪些

一、镁合金怎么焊接

镁合金是一种轻质高强的材料，应用广泛，使用镁合金材料时，通常需要进行焊接，镁合金焊接的方法主要有：

1、电弧焊

镁和氧的亲和力大，且空气中的N2和CO2也容易与镁反应生成氮化物、碳化物而导致接头力学性能下降，因而传统的无气体保护电弧焊不适合焊接镁合金。为了保证焊缝质量，焊接镁合金时必须采用氩气等惰性气体保护，避免熔池与空气（尤其是氧）接触。钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊是用于镁合金焊接的主要电弧焊方法。

（1）镁合金钨极氩弧焊

钨极氩弧焊是焊接镁合金最常用的焊接方法，它是在惰性气体的保护下，利用电弧热熔化母材和填充金属。直流电源焊接时要采用反极性接法，以便利用阴极雾化作用破坏、除去母材表面上的氧化膜，减少或避免焊缝中的氧化物夹杂。氩弧焊的热影响区尺寸及变形比较小，焊缝的力学性能和耐腐蚀性能也比较高。

（2）熔化极氩弧焊

与钨极氩弧焊相比，熔化极氩弧焊焊接速度快，生产率高，全自动焊速度高，不过由于熔融镁的表面张力小，电极丝前端的熔滴难以脱离且焊接电流过高时熔滴爆炸蒸发造成飞溅。

（3）等离子弧焊

等离子弧是一种受到约束的非自由电弧，也称压缩电弧，其温度和能量密度都显著高于普通电弧的，穿透力较强，适合于厚板与弧长要求较大的场合。采用等离子弧焊焊接镁合金时，可以在背面无垫板的情况下实现厚板对接的一次全焊透，且焊缝表面光滑，表现出良好的疲劳力学性能。有研究表明镁合金变极性等离子弧焊的可调焊接参数区间比较窄，且参数变化的影响较大。

2、气焊

气焊的热源是火焰（氧和燃气混合燃烧形成），热量不集中，焊件被加热区较宽，容易在接头区导致较大的收缩应力，形成裂纹等缺陷。同时残留在焊缝中的助焊剂容易产生夹渣和发生腐蚀，因而气焊主要用于没有合适熔焊设备的现场或不太重要的薄板构件以及铸件的焊补。镁及镁合金气焊可选用QJ401助焊剂，试验表明，该熔剂工艺性尚好，但对镁的腐蚀性强，焊后应彻底清理干净。厚度小于3mm的镁合金件焊接时，气焊焊炬和焊丝应作纵向运动，不宜采用横向摆动。焊件厚度较大时，允许气焊焊炬和焊丝略作横向摆动。

3、高能束焊

（1）电子束焊

电子束的能量密度高，穿透力很强，具有焊接速度快，热输入少，焊道宽度及热影响区窄，焊道熔深大，变形小，焊缝纯洁度高等优点。焊接镁合金时在电子束下方会立刻产生镁蒸气，熔融金属随即进入所产生的小孔中。由于镁合金的熔点低、蒸气压高，因而所生成的小孔也比其他的金属要大，容易在焊缝根部形成气孔，因此要求有一套精确的操作工艺以防止气孔与过热。焊接过程中电子束的周向摆动和聚焦点位置的调节有利于消除气孔，获得优质焊缝。

（2）激光焊

激光焊是利用高能量密度激光束作为热源进行焊接的一种高效精密加工方法。与其他熔焊方法相比，激光焊具有能量密度高，热输入少，接头区残余应力和变形小，熔化区和热影响区窄，熔深大、焊缝组织细小、接头性能好等优点。此外激光焊不需要真空条件，保护气体种类及压力范围可方便选择，可借助偏转棱镜或光导纤维将激光束引导到难以接近的部位进行焊接、操作灵活，可穿过透明材料聚焦焊接等，这些都是电子束焊难以具备的。激光束可灵活控制，易于实现工件的三维自动化焊接。研究表明变形镁合金的激光焊焊缝强度可与母材的相近，通过选用适当的工艺参数可避免气孔与咬边的产生。

4、压力焊

压力焊是利用摩擦、加压和热扩散等物理作用克服两个连接表面的粗糙度，并除去（挤走）氧化膜及其他污染物，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离，从而实现固态连接。

（1）电阻点焊

镁合金薄板和挤压件都可以采用常规的电阻焊，如缝焊、点焊和闪光对焊进行焊接，其中点焊最常用。电阻点焊一般用于承受低载荷的工件焊接，如某些镁合金框架、仪表舱、隔板等常采用电阻点焊。只要焊机功率能保证瞬时快速加热，直流脉冲点焊机及一般的交流点焊机均可适用于镁合金的点焊。

（2）摩擦焊

铸造镁合金特别是压铸镁合金应用比较广泛。然而，残留很多微气孔是压铸合金产品存在的致命问题，这些气孔因受热而出现聚焦长大，严重地影响了合金的力学性能。因此这类镁合金的熔化焊通常难以获得理想的焊缝。于是，镁合金的摩擦焊成为了关注热点之一。摩擦焊是在外力驱动下，利用焊件接触面之间的相对摩擦运动产生热量，使接触面及其附近区域的金属达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，然后通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶而完成焊接。

（3）钎焊

镁合金的钎焊工艺与铝合金相似。可采用火焰钎焊、炉中钎焊及浸渍钎焊等方法，其中以浸渍钎焊应用最为广泛。钎焊时所用钎料一般都是镁基合金组分，如Mg2Al2Zn钎料，适配钎剂为氯化物和氟化物的混合粉末。无镀层镁合金的钎焊工艺一般仅限于硬钎焊，因为还没有找到合适的去膜及界面活化软钎剂。因此，对于无镀层镁合金的无钎剂软钎焊仅限于焊接角接头和填补变形件及铸件喷涂前的非关键面上的表面缺陷。而带有镀层的镁合金可以采用常用的软钎焊技术。

二、镁合金焊接性问题主要有哪些

镁合金的性能与其他材料相比具有显著特点，焊接性较为特殊。由于镁合金密度低、熔点低、热导率和电导率大、热膨胀系数大、化学活泼性很强、易氧化且氧化物的熔点很高，因此，镁合金在焊接过程中会产生一系列困难，主要表现在：

1、氧化和蒸发

由于镁的氧化性极强，在焊接过程中易形成氧化镁（MgO），MgO熔点高（2500℃）、密度大（3.2g/cm3），易在焊缝中形成夹杂，降低了焊缝性能。在高温下，镁还容易和空气中的氮发生化学反应生成镁的氮化物，弱化接头的性能。镁的沸点不高，这将导致在电弧高温下很容易蒸发。

2、晶粒粗大

由于热导率大，故焊接镁合金时要用大功率热源、高速焊接，易造成焊缝和近焊缝区金属过热和晶粒长大。

3、热应力

镁合金热膨胀系数较大，约为铝的1～2倍，在焊接过程中易产生大的焊接变形，引起较大的残余应力。

4、焊缝金属下塌

由于镁的表面张力比铝小，焊接时很容易产生焊缝金属下塌，影响焊缝成形质量。

5、气孔

与焊接铝合金相似，镁合金焊接时易产生氢气孔。氢在镁中的溶解度随温度的降低而减小，而且镁的密度比铝小，气体不易逸出，在焊缝凝固过程中会形成气孔。

6、热裂纹

镁合金易与其他金属形成低熔点共晶组织，在焊接接头中易形成结晶裂纹。当接头处温度过高时，接头组织中的低熔点化合物在晶界处会熔化出现空穴，或产生晶界氧化等，即所谓的“过烧”现象。

此外，镁及镁合金易燃烧，所以在熔化焊接时需要惰性气体或焊剂的保护。