0 引言

鎂合金作為一種新型高性能結構材料，具有密度小、比強度和比剛度高、阻尼性能良好、減震性強、電磁屏蔽和抗輻射能力突出，易加工回收等諸多特點。

對于鎂合金鑄件、擠壓件的補焊以及對鎂合金結構件的連接的需求日愈強烈。但由于鎂合金自身特性 (熔點低、易氧化）決定了其較差的焊接性能，難以實現(xiàn)穩(wěn)定連接。

為了解決這一技術難題，近年來提出了鎢極惰性氣體保護焊（TIG）,激光焊（LBW）攪拌摩擦焊（FSW）和電阻點焊（RSW）等鎂合金焊接技術。各種焊接方法都有自身的焊接特點和使用范圍，它們的工藝規(guī)范是影響焊接質量的一個重要因素。

2 鎂合金焊接熱裂紋研究現(xiàn)狀

2.1 鎢極惰性氣體保護焊 （TIG）

鎢極惰性氣體保護焊作為當前鎂合金最常見的焊接方法，它的工作原理是：在惰性氣體保護下，運用鎢作為非熔化電極與工件間產生的電弧熱熔化母材從而達到填充金屬。其工作原理示意圖如圖1所示，該方法廣泛用于鎂合金部件的焊接成型和鎂合金鑄件鑄造缺陷的焊補以及修復.

鎢極氣體保護焊操作簡單，靈活性強，成本低，焊接接頭變形量小，在惰性氣體保護下，焊后焊接接頭組織具有較小的熱影響區(qū)，高的力學性能；電弧長度恒定易于觀察，焊接過程穩(wěn)定。

鎂合金TIG焊縫區(qū)域包括母材區(qū)、熱影響區(qū)和焊縫區(qū)。王欣等采用TIG焊對ZM6鎂合金鑄件缺陷進行補焊，實驗設計了5組焊接參數(shù)不同的補焊件，采用的焊接工藝為普通交流電流、氬氣保護，并進行了焊前預熱，焊接方法為雙層焊。實驗結果證明，當焊接電流為250A、焊件無預熱時，焊縫上表而出現(xiàn)了結晶裂紋，原因是在焊后急冷條件下，已凝固的固態(tài)金屬對低熔點共晶液態(tài)薄膜產生了收縮拉應力，超過了液態(tài)薄膜所能承受的極限，產生微裂紋，完全冷卻后，隨著應力的增加，微裂紋將會擴展成裂紋。

2.2 激光焊(LBW）

激光焊是以高能量激光脈沖為熱源對微小區(qū)域進行局部加熱的一種高效精密焊接方法，具有能量密度高、焊接速度快、焊接變形小、穿透性強、效率高、精度高等優(yōu)點。其工作原理如圖2所示，激光焊通過激光輻射能量在材料內部形成熔池，凝固后焊接形成。

目前常用的激光器有CO2和Nd：YAG激光器。激光焊焊接速度過高或者過低都會降低焊縫的深寬比并導致熱裂紋的產生。

俞照輝等利用CO2激光焊焊接ZK60高強鎂合金擠壓板材，實驗發(fā)現(xiàn)，激光焦點設定在板材上表面時，焊縫可以獲得最大的熔深和深寬比；焊接速度的大小對焊縫的熔深有影響，隨著焊接速度的增大，熔深有先變大后變小的趨勢；隨著焊接速度的增加，產生裂紋的傾向性也增加，結晶的萌生位置和擴散機制將會發(fā)生改變，由橫向擴展裂紋變?yōu)榭v向擴展裂紋機制。如圖3所示，最佳的焊接速度范圍是2-4m/min，采用優(yōu)化的焊接速度可以得到成型良好、無裂紋的焊縫。

2.3 攪拌摩擦焊（FSW）

攪拌摩擦焊是英國焊接研究所發(fā)明的新型固態(tài)連接技術。攪拌摩擦焊的工作原理是利用一種特殊形式的攪拌頭邊旋轉邊前進，在前進過程中攪拌頭與工件之間摩擦產生熱量，使得該部位金屬受熱達到熱塑性狀態(tài)，并在攪拌頭的壓力下由前端向后端發(fā)生塑性流動，使得待焊件壓焊為一個整體，其原理如圖4所示。焊接過程中不需填充材料，不需焊前準備工作，有利于鎂合金的焊接。

由于焊接時連續(xù)溫度低，塑化后的接頭組織很難發(fā)生變形，表而光滑，無裂紋氣孔等缺陷；焊接溫度不高，晶粒沒有發(fā)生再長大，因此得到的焊縫組織細小。

2.4 電阻點焊（RSW）

電阻點焊是一種高速、經濟的連接方法，點焊通常分為雙面點焊和單面點焊兩大類，它適于制造可以采用搭接、接頭不要求氣密、厚度小于3mm的沖壓軋制的薄板構件。點焊具有功效高、節(jié)約勞動力、成品整體性好、節(jié)約材料、降低成本等特點，其工作原理如圖5所示。常見的電阻點焊有低碳鋼的點焊、淬火鋼的點焊和鋁合金的點焊等。

3 焊接裂紋影響因素以及防治措施

裂紋是評價焊接性能的重要指標，其中，冶金因素和工藝因素是導致鎂合金焊接裂紋產生的重要原因。

3.1 冶金因素

冶金因素對基體的化學成分有重要影響，基體的化學成分是焊接裂紋產生的主要原因，合金元素的富集或者偏析會對焊接接頭的裂紋敏感性產生影響，焊縫中合金元素的含量會影響脆性溫度區(qū)間，脆性溫度區(qū)間越大，焊縫收縮所產生的拉應力越大，作用時間也越長，裂紋產生的可能性也就越大。

3.2 工藝因素

焊接裂紋的產生與焊接參數(shù)有關，合理調整焊接參數(shù)可以有效減少裂紋的產生。焊接參數(shù)包括焊接電流、焊接保護氣體種類、保護氣體流量和焊接速度；焊接電流的大小與直交流頻率決定了焊接過程中的熱輸入，是焊接過程中非常重要的參數(shù)；保護氣體種類定義了隔絕空氣的能力；保護氣體流量主要可以提供更加可靠的保護作用，使被焊件不受到空氣干擾；焊接速度決定了熱輸入是否均勻以及焊后組織的形貌。

4 結語

隨著鎂合金在汽車、航空航天等領域的廣泛應用，實現(xiàn)鎂合金零部件可靠有效的補焊和連接成為世界各國研究的熱點課題。盡管不斷有新的焊接技術提出，并能獲得良好、可靠的焊接接頭，但每種焊接方法對鎂合金的適用性還有待于繼續(xù)研究和分析。

焊接過程中焊接熱裂紋的形成機制和控制途徑等問題是各國學者一直努力探索解決的方向，雖然日前已經在許多方而對合金熱裂紋的形成有了一定的認識，為防止熱裂紋的產生提供了必不可少的理論基礎和試驗依據。

但由于鎂合金焊接熱裂紋的形成受到合金成分、鑄件結構、焊補工藝以及焊絲質量等許多因素的影響，所以在解決焊接熱裂紋形成方而需要考慮各影響因素及其相關作用才能實現(xiàn)。因此，全而深入地闡述熱裂紋的形成規(guī)律，以及徹底解決熱裂紋的產生，科研工作者仍需做出巨大的努力。

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