鎂合金焊接隨著低碳環(huán)保梢翼、節(jié)能降耗等綠色制造理念的不斷發(fā)展氯北，減輕裝備的整體重量娱畔，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化览讳，已經(jīng)逐漸成為航空航天及交通運(yùn)輸領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。鎂合金作為目前工業(yè)制造領(lǐng)域中最輕的金屬材料之一部凑，因其能顯著降低結(jié)構(gòu)重量露乏，而在上述領(lǐng)域不斷得到深入應(yīng)用。

焊接技術(shù)作為裝備制造領(lǐng)域的共性技術(shù)涂邀，已經(jīng)成為影響鎂合金在航空航天裝備制造領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一瘟仿。

1 鎂合金激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊接機(jī)理

鎂合金脈沖激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊接具有焊接速度快、焊接缺陷少比勉、焊接性能高等技術(shù)優(yōu)勢(shì)劳较。焊接過(guò)程中，激光熱源在焊接熔池中產(chǎn)生焊接“匙孔”浩聋，對(duì)電弧起到了顯著的誘導(dǎo)增強(qiáng)效果观蜗。。

脈沖激光與電弧之間的耦合作用直接影響了鎂合金的焊接質(zhì)量和效率衣洁。采用高速攝像機(jī)對(duì)電弧狀態(tài)進(jìn)行分析墓捻，發(fā)現(xiàn)在激光作用前后，熱源等離子體狀態(tài)發(fā)生了明顯變化闸与。在脈沖激光作用前：電弧形態(tài)與一般焊接過(guò)程類(lèi)似，電弧等離子體比較松散岸售，沿著鎢極尖端方向延伸,在脈沖激光作用區(qū)間喳卢，激光在電弧熔池中形成焊接“匙孔”，熔池波動(dòng)劇烈玖远，電弧等離子體主要與復(fù)合焊接“匙孔”直接連通坦妙，等離子體明顯被壓縮至“匙孔”附近，形成電弧鎢極與焊接“匙孔”間的耦合放電,電弧亮度及能量密度均顯著提高契惶；當(dāng)脈沖激光作用消失后可以發(fā)現(xiàn)璃帘，“匙孔”出口在激光脈沖作用結(jié)束后并未立刻閉合,而是持續(xù)存在大約7.0~10.0ms，即發(fā)生了“匙孔”的延遲閉合現(xiàn)象驳蒙，這主要是由于電弧與“匙孔”產(chǎn)生耦合放電熬魄，為“匙孔”提供了足夠的高溫氣體，對(duì)“匙孔”側(cè)壁及底部產(chǎn)生壓力组缎，維持“匙孔”打開(kāi)狀態(tài)滔壳，“匙孔”延遲閉合誘導(dǎo)焊接電弧持續(xù)壓縮，增強(qiáng)了熱源整體作用效果朴轰。

從上述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)武填，伴隨著耦合放電發(fā)生，通過(guò)激光的脈沖作用改變電弧等離子體的放電狀態(tài)，提高電弧等離子體的能量密度益涧，以及激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合熱源的穿透能力和制造效率锈锤。激光脈沖作用消失后，耦合放電的延遲效應(yīng)使激光對(duì)電弧等離子體的增強(qiáng)效果仍可持續(xù)一定時(shí)間闲询。采用脈沖激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊及電弧焊方法進(jìn)行6mm 鎂合金板材焊接久免，焊接接頭橫截面如圖3 所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)嘹裂，激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊接鎂合金熔深約是電弧焊的3 倍妄壶。

2 鎂合金激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊接技術(shù)及裝備

采用低功率激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊接方法，實(shí)現(xiàn)3mm 厚AZ61 鎂合金板材的高效寄狼、高性能焊接制造丁寄，激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊接速度達(dá)到6m/min。鎂合金板材焊接接頭如圖4 所示泊愧，可見(jiàn)板材未發(fā)生明顯橫向和縱向變形伊磺，焊縫正面、背面成形連續(xù)均勻删咱，說(shuō)明在此高速焊接條件下熱源也具有足夠的穿透能力屑埋。

焊縫內(nèi)部未出現(xiàn)氣孔、夾雜以及宏觀裂紋凭坪，鎂合金母材的晶粒尺度為40~50μm 肤俱；熱影響區(qū)寬度約為250μm，熱影響區(qū)晶粒相比于母材未見(jiàn)明顯長(zhǎng)大连谁；焊縫區(qū)的掃描電鏡照片顯示焊縫的晶粒尺度為5~16μm绸搞，晶界處發(fā)現(xiàn)了析出的金屬間化合物（主要為β-Mg17Al12）。對(duì)焊接接頭進(jìn)行了拉伸強(qiáng)度測(cè)試醋皂，測(cè)試結(jié)果顯示試件在母材和焊縫區(qū)域均可發(fā)生斷裂亭结，表明焊縫的拉伸強(qiáng)度與母材相當(dāng)。

T 型結(jié)構(gòu)件的穿透焊接技術(shù)已在飛機(jī)制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用辖芍。采用低功率激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊接方法臀嘱，實(shí)現(xiàn)了2mm 鎂合金板材的穿透焊接.

給出了對(duì)接板材及T 型結(jié)構(gòu)件電弧焊及激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊的制造效率及焊接能耗（計(jì)算時(shí)考慮了激光加工設(shè)備及冷卻系統(tǒng)的整體能耗）∷瑁可以發(fā)現(xiàn)嘴父，采用激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊方法可以在顯著提高焊接制造效率的同時(shí)降低單位長(zhǎng)度的焊接能耗，對(duì)于發(fā)展鎂合金的綠色焊接制造技術(shù)起到了積極的促進(jìn)作用营稼。

以上述激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊接技術(shù)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)出成套低能耗激光- 電弧復(fù)合焊接裝備誓呆，采用該成套裝備實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首個(gè)鎂合金整理箱高效高性能焊接制造。

活性焊接是采用活性劑材料增強(qiáng)電弧的一種焊接方法样刷。通過(guò)深入研究電弧熱源與焊接材料作用的物理機(jī)制仑扑，在傳統(tǒng)活性焊接的基礎(chǔ)上览爵，將活性材料與焊絲有機(jī)結(jié)合，形成了一種基于活性焊絲的新型活性焊接方法镇饮。

研究發(fā)現(xiàn)蜓竹，活性劑涂覆在焊絲表面時(shí)，活性劑中金屬元素與非金屬元素將對(duì)電弧形成“電離增強(qiáng)效應(yīng)”储藐。以鎂合金為研究對(duì)象俱济，通過(guò)揭示活性劑中低電離能金屬元素的電離以及非金屬元素對(duì)電子的吸附作用，使鎂合金活性焊接電弧能量密度提高8~10 倍钙勃，從102~104W/cm2 增加至103~105W/cm2蛛碌，實(shí)現(xiàn)了活性焊接從“板材涂覆活性焊”向“焊絲涂覆活性焊”的轉(zhuǎn)變，與單電弧焊接相比辖源，該技術(shù)焊接熔深可增加1~3倍蔚携，焊接效率提高3~5 倍，焊接能耗為相同條件下電弧焊接的40%~50%克饶。

鑄造鎂合金結(jié)構(gòu)件因在減輕結(jié)構(gòu)重量方面具有良好的減震效果而在航空航天領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用那辰。但鑄造鎂合金在成形、加工過(guò)程中極易產(chǎn)生氣孔玲侧、夾渣及裂紋等多種缺陷绑燃，所以對(duì)缺陷鑄件的補(bǔ)焊具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。分別采用鎢極氬弧焊（TIG）及活性電弧焊接（A-TIG）對(duì)鑄造鎂合金進(jìn)行補(bǔ)焊對(duì)比試驗(yàn)符破。

通過(guò)TIG 與A-TIG 對(duì)不同孔深缺口愈合試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)出毁，在相同的焊接參數(shù)下，A-TIG 愈合缺口的深度明顯高于TIG瞭阔，且焊縫氣孔缺陷較少管剂。通過(guò)對(duì)補(bǔ)焊后焊縫的微觀組織和硬度觀察發(fā)現(xiàn)，利用A-TIG 進(jìn)行補(bǔ)焊不但可以實(shí)現(xiàn)較深缺口的愈合扼希，而且可以減少焊縫氣孔缺陷坊阎，同時(shí)避免熱影響區(qū)組織的粗化寒圃。

鎂合金具有較低的熔沸點(diǎn)和較高的蒸汽壓工殖，在焊接制造過(guò)程極易形成大量的金屬蒸汽和粉塵顆粒。減少鎂合金焊接材料在制造過(guò)程中的揮發(fā)和燃燒背涉，已經(jīng)成為鎂合金綠色焊接制造的重要問(wèn)題矮男。其關(guān)鍵在于提高鎂合金焊接材料的沸點(diǎn)，減少鎂合金焊接過(guò)程的質(zhì)量損失室谚。由于鎂合金具有較少的核外電子及較大的原子半徑毡鉴，鎂合金的金屬鍵能相對(duì)較弱，因此具有較低的熔沸點(diǎn)秒赤。針對(duì)上述問(wèn)題提出了基于分子團(tuán)簇的高沸點(diǎn)鎂合金焊材設(shè)計(jì)思想猪瞬，通過(guò)在鎂合金中添加稀土、Zn、Al 等多種元素陈瘦，并精確控制元素比例幌甘，使鎂合金與這些元素分別形成具有團(tuán)簇特征的密排拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及高熔沸點(diǎn)的金屬間化合物，有效地提高了鎂合金焊接材料的沸點(diǎn)（由1100℃提高到1422℃）痊项。采用DSC 熱差分析方法對(duì)鎂合金焊接材料進(jìn)行失重率測(cè)量發(fā)現(xiàn)锅风，在1200℃時(shí)，普通的鎂合金焊接材料失重率達(dá)到80% 以上鞍泉，而本文開(kāi)發(fā)的高沸點(diǎn)鎂合金焊接材料失重率小于35%皱埠。

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