摘　要：綜述了近年來國內外針對壓鑄鎂合金焊接氣孔問題的研究現狀及發展趨勢，主要包括壓鑄鎂合金焊接氣孔的氣體來源、形成機制、影響因素及防治措施４個方面。通過綜合分析，認為母材中高的原始含氣量是影響壓鑄鎂合金焊接氣孔傾向的主要因素。由于壓鑄鎂合金原始含氣量高，傳統的防治焊接氣孔產生的措施起到的作用都十分有限，采用冶金措施可能是解決壓鑄鎂合金焊接氣孔問題的有效方法。

一、前言

鎂合金由于密度低、比強度和比剛度高、阻尼減振性能好、壓鑄及機加工工藝性能好等優點，在汽車、航空航天、手持工具及３Ｃ產品等領域應用前景較好。目前鎂合金件主要以壓鑄成型為主，但由于壓鑄工藝固有的工藝特點限制，鎂合金壓鑄件內部含氣量較高，這些氣體在焊接（熔化焊）工藝過程會被釋放并膨脹，在焊接接頭中產生大量宏觀及微觀氣孔缺陷，嚴重影響接頭性能。因此，在工程應用中通常認為壓鑄鎂合金不可焊接，這在一定程度上限制了鎂合金壓鑄件焊接連接及表面缺陷焊接修復技術的發展。

鑒于此，本文從氣體來源、形成機制、影響因素、防治措施４個方面，綜述了國內外有關壓鑄鎂合金熔焊氣孔問題的研究現狀，以期為國內外研究該問題的同仁提供方便、快捷的資料借鑒。

二、1Cr13不銹鋼焊接的特點

由于1Cr13不銹鋼的塑性和韌性都差,冷卻時易在焊縫上和熱影響產生裂紋,因此需要緩慢地冷卻焊縫和熱影響區及過熱區。

在焊接熱循環的作用下,熱影響區晶粒急劇脹大,從而使焊縫變脆,即使選用的焊接材料與母材匹配的情況下,焊縫金屬也會產生脆化問題,要選用的焊接材料以含Cr、Ni要高些為宜。

三、氣孔氣體的來源

對于氣孔內氣體的來源問題，總的來說，存在以下兩種觀點：第一種觀點認為壓鑄鎂合金熔焊氣孔主要是氫致氣孔，并指出其來源主要有兩部分

（１）來自壓鑄鎂合金母材本身，包括壓鑄過程產生的氫以及母材表面未被除去的氧化膜吸附的水分而產生的氫。壓鑄過程產生的氫，其來源可能是由于原材料不干燥或模具內壁涂料在高溫時產生部分分解等，其在鎂合金中以兩種形式存在：原子氫和分子氫。原子氫間隙固溶于鎂的晶格中或與之反應生成氫化物；分子氫存在于材料中的各種缺陷如氣孔、縮孔、微裂紋、晶界等處；

（２）來自焊接時周圍氣氛的溶入，如空氣中的水蒸氣或保護氣體中的水分進入熔池。贊同這種觀點的研究者通過實驗觀察到焊縫的拉伸斷口中氣孔由內到外呈喇叭口形，內壁表面光滑，符合氫氣孔的特征，并從理論上指出鎂合金中氫的溶解度在鎂由液態變為固態的過程中有一個突變，其溶解度降低60％左右，如圖１所示。

第二種觀點認為這些氣孔應該主要來自于母材壓鑄過程中由于壓鑄高速充型導致的卷氣行為。而這些氣孔應該主要來自于空氣中的氮氣，并在焊接時受熱聚集、長大，在焊縫快速凝固條件下，來不及溢出逃逸的氣體最終形成宏觀氣孔分布于焊縫及近縫區。

四  、氣孔的影響因素

目前認為主要是母材的壓鑄成型工藝、母材化學成分及和焊接工藝對壓鑄鎂合金焊接時產生氣孔的傾向有影響?！?/p>

其中不同的焊接方法，焊接工藝也不盡相同。對于同一焊接材料，根據其尺寸不同，其焊接工藝也不同。因此，需要根據具體的焊接方法和材料成分以及尺寸選擇合適的焊接工藝。

目前研究較多的是壓鑄鎂合金激光焊接，但就激光焊接工藝對氣孔傾向的影響，目前還沒有一致的結論。圖2 為焊接速度對壓鑄焊縫氣孔率的影響。研究表明，隨著焊接速度的減小以及激光功率的增大氣孔率不斷增加，他們認為這主要是因為焊接速度的減小以及激光功率的增大都會導致熔化的金屬量增加，母材中原始氣孔的膨脹與合并程度增大，從而使得氣孔率增加。

五 、氣孔的防治措施

目前研究較多的是針對防止焊接氫氣孔的產生，總的來說，從兩方面入手，一方面減少熔池中氫的來源；另一方面盡量使氫在熔池凝固前以氣泡的形式逸出。

一：母材表面焊前處理

母材的焊前清洗狀況直接影響焊接時氫的來源。對鎂合金鎢極氬弧焊的研究表明，焊縫中的氣孔率與焊前的清洗狀況有直接關系，如圖３所示?？梢酝茰y母材表面清洗狀況對壓鑄鎂合金焊接氣孔也有類似的影響，但由于壓鑄鎂合金母材氫含量較大，焊前清洗只能去除母材表面的氧化膜吸附的水分，因此此方法對于原始含氣量較高的壓鑄鎂合金而言，起到的作用是十分有限的。

二：選擇合適的焊接工藝參數

氫氣泡是在熔池凝固過程中形成的，氣孔的大小、多少以及分布情況，都與熔池的存在時間有關。熔池的存在時間短，可以減少氫的溶入，但不利于氫的逸出；反之有利于氫的逸出，但也有利于氫的溶入。因此，焊接工藝參數對壓鑄鎂合金焊接氣孔的影響規律較為復雜，不同成型工藝及成分的壓鑄鎂合金焊接氣孔傾向不同，氣孔產生的控制環節也不同。因此，調整焊接工藝參數并非是解決壓鑄鎂合金焊接氣孔問題的有效方法。

三：進行合理的氣體保護

液態鎂的表面張力小，與氧和氮的親和力強，高溫下容易與空氣中的氧、氮反應，生成氧化膜，不利于氣孔的控制，因此壓鑄鎂合金焊接過程中一般要求采用惰性氣體進行保護。焊接時要保證保護氣體的純度，合理選擇氣體的流量，保護氣體流量不足與過量都會增加氣孔，同時選擇合適的吹氣角度。

四：焊前預熱與焊后重熔

焊前預熱可以適當減少焊縫中的氣孔，這是由于焊前預熱可以降低母材的溫度梯度，延長熔池的存在時間，有利于氣體的逸出，從而降低焊縫中的氣孔率。

五：冶金措施

對于原始含氣量較高的壓鑄鎂合金而言，傳統的防治焊接氣孔產生的措施如焊前清洗、優化焊接工藝，焊前預熱以及焊后重熔等以減少氫氣的來源和有利于氣泡逸出的條件等起到的作用都十分有限，壓鑄鎂合金焊接氣孔問題仍然十分嚴重。

六 、結　語

對于壓鑄鎂合金焊接氣孔的氣體來源問題，目前存在兩種不同的觀點，第一種觀點認為壓鑄鎂合金熔焊氣孔主要是氫致氣孔；第二種觀點認為這些氣孔應該主要來自于母材壓鑄過程中由于壓鑄高速充型導致的卷氣行為。

焊接熔池中的氣體要經過氣泡的形成、氣泡的長大、氣泡的逸出３個階段。氣孔的形成與金屬液的凝固速度、粘度、密度以及氣泡半徑等有關。

壓鑄鎂合金焊接氣孔與母材的成型工藝、化學成分以及焊接工藝參數有關，其母材中高的原始含氣量是影響焊接氣孔傾向的主要因素。

由壓鑄工藝特點決定，壓鑄鎂合金母材中的原始含氣量較高，傳統的防治焊接氣孔的措施起到的作用都十分有限，壓鑄鎂合金焊接氣孔問題仍然十分嚴重。

采取一些冶金措施，如采用低含氣量的材料對熔池進行稀釋、添加其它元素提高氫在鎂中的固溶度、引入能抑制或減少氫在熔池凝固過程中以氣泡形式大量析出（形成穩定化合物）的元素，可能是防止壓鑄鎂合金焊接氣孔的有效方法。

來源：制造工藝前沿

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