谢崇1 孙万万2
1身份证号码：21100319901111****
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摘要：近年来，随着经济的发展，我国各行各业的建设发展也相应得到了提高。镁合金作为最轻的金属结构材料，具有密度低、铸造性能好、比强度和比刚度高、可回收性强等一系列优点。它正在逐步取代铝合金，并已广泛用作航空航天、汽车等领域的主要轴承部件。
关键词：铸造镁合金；焊接修复技术；研究现状；发展方向
引言
镁是地壳中分布最广、含量最丰富的轻金属元素之一。其在金属工程结构材料中的消耗量仅次于铝和铁，被称为“21世纪绿色工程材料”。铸造镁合金具有优异的铸造性能和切削加工性能，能够很好地满足零件对材料性能的要求。常用于航空动力如发动机、直升机传动系统外壳、壳体等零件。目前，我国航天领域对轻量化有着迫切的需求，这为镁合金新材料和新技术的开发和应用提供了机遇和挑战。镁的标准电极电位为-2.732V(与标准氢电极相比)，在大气中的耐蚀性较差。因此，镁合金铸件通常需要进行特殊的表面处理，以确保其优异的使用性能。此外，表面处理的成本约占镁合金铸件生产成本的40%，因此表面处理对镁合金铸件的生产和应用非常重要。
1铸造镁合金的焊接性分析
由于镁合金独特的物理化学性能，其可焊性较差，容易产生夹杂物、粗大晶粒、热应力、气孔、热裂纹等缺陷，在一定程度上制约了镁合金的应用。铸造镁合金的缺陷修复还受到铸造工艺特点造成的组织不均匀性以及构件缺陷消除后的焊接和填充结构的制约，给铸造镁合金的缺陷修复带来了更多的困难。(1):镁的夹杂物氧化性强，在焊接过程中容易形成高熔点的氧化镁。氧化镁由于密度高，不容易从熔池中排出，导致焊缝中夹杂物。镁在焊接过程中也容易与空气中的氮气形成氮化物，降低接头性能。因此，在焊接镁合金前，应严格清洁焊接区域，去除表面的氧化膜，同时应制定适当的气体保护技术，避免夹杂物。(2)粗晶：镁合金具有良好的导热性，在焊接过程中容易将焊接热输入到焊缝两侧，导致焊缝附近的热影响区晶粒严重长大，成为焊接接头的薄弱区，影响焊接接头的性能。(3)应力：镁合金热膨胀系数大，约为钢的2倍，铝的1.2倍。在焊接过程中，产生很大的热应力，焊接变形和热裂纹的趋势很大。铸造镁合金构件的缺陷被去除后进行修复，更容易受到结构的约束，产生更大的约束应力，增强裂纹倾向。(4)气孔：镁合金在焊接过程中容易产生氢气孔，随着温度的降低，氢在镁合金中的溶解度降低。而且镁合金密度低，气体不易逸出，在焊缝凝固过程中会形成气孔。在铸造镁合金的制造过程中，残留了较多的气体，在气体逸出之前就释放到焊缝中，容易导致焊缝区域形成大量的气孔缺陷。气孔缺陷主要是氢孔和氮孔。焊接镁合金时，可以通过优化填充材料的成分，添加稀土元素，增加镁合金对氢气的固溶度，与氢气反应生成稳定的氢化物，增加气泡的逸出率来降低焊缝中的气孔。(5)热裂纹：镁合金的晶化温度范围大，易形成低熔点共晶，这将使温度升高2优化措施分析
2.1冲击应力理论
目前大多数热裂设备都可以实时监测凝固过程中产生的收缩应力。“冲击应力”理论主要基于测量合金凝固过程中的冲击应力。根据冲击应力理论，凝固结束时，铸件中首先析出的固相会阻碍收缩部分，在局部形成收缩应力。如果应力或变形超过该温度下合金的强度或变形能力，合金将在热点产生热裂纹。收缩应力曲线可分为几个阶段。浇注时，熔融金属对测力设备的尖端有一定的影响。凝固初期，枝晶开始生长并形成骨架，建立基本强度，应力值开始迅速上升，如bc截面所示。当熔融金属冷却到共晶温度时，在剩余的液相中发生共晶反应。因为共晶液相在相同的温度下凝固，所以凝固速度很快，如果共晶液相更多，就会发生严重的收缩。
当收缩力超过该温度下合金的强度时，“冲击应力”将导致合金在晶界处开裂，从而释放应力。此时液相非常稀缺，很难弥补裂缝。因此，微裂纹会在收缩应力的作用下继续扩展和生长。凝固后，随着温度的降低，铸件会继续收缩，测得的应力值会继续缓慢增加。
2.2冷金属过渡焊接
冷金属过渡(Coldmetaltransfer，CMT)技术作为一种无飞溅的焊接工艺技术，采用外加回抽力促进熔滴发生短路过渡，同时在电压、电流的波形控制方面进行了改进，更好地限制了焊接热输入。张恒等借鉴了CMT在铝合金、镍基合金焊接修复中的良好应用，利用CMT可采用小电流、焊接过程稳定、焊缝质量高的特点，将CMT应用在镁合金缺陷的修复中，改善镁合金熔化极焊接过程中晶粒粗大、气孔、热裂纹等问题。实验材料采用AZ31B镁合金，填充相同成分的镁合金焊丝，调用CMT中铝合金焊接程序进行实验，通过实验了解了焊接速度、送丝速度、焊接模式、道间距等工艺参数对焊缝成形和性能的影响规律。因镁合金的粗晶、裂纹等显微缺陷常常出现在焊接热影响区，在焊缝成形良好基础上，探讨了减小CMT热影响区宽度的方法(如利用随着焊接速度的增加，热影响区宽度减小的规律)，以提升焊接接头的性能;调整焊接速度，使焊缝中呈网状分布的β相作为腐蚀壁垒阻碍镁合金腐蚀，可使得焊缝的耐蚀性高于母材。他们综合焊缝的各项性能，进行了工艺参数优化，探索出焊缝成形良好及性能良好的CMT工艺。但铸造镁合金CMT焊接修复工艺开发尚不成熟，对CMTAdvance、CMT+Pluse和双丝CMT的研究较少，因此还需要进一步研究。
3铸造镁合金焊接修复技术的发展及展望
由于镁合金特殊的焊接性及急迫的焊接需求，国内外学者针对镁合金的焊接展开了诸多研究，并在传统焊接方法的基础上不断尝试改进，如脉冲激光焊、电子束焊、钎焊、扩散焊及各种复合焊接方法，但均未见在镁合金焊接修复中的应用，如何在铸造镁合金的焊接修复中有效利用各焊接方法的优势还需要更深入的研究。脉冲激光焊时的加热斑点非常小，为微米数量级，目前主要应用于微型、精密元件的焊接上。镁合金的脉冲激光焊研究也主要集中在薄板的焊接，相关研究表明，在合适的脉冲激光焊工艺参数下，焊接接头的抗拉强度与母材相当甚至超过母材。但脉冲激光焊的效率低，开发成熟的高速脉冲激光焊工艺对区域较小的表面型缺陷修复具有一定的意义。电子束焊是一种高能量密度的熔化焊方法，焊接速度快、热影响区小、热变形小，可获得深宽比大的焊缝，焊缝质量高。在AZ31B镁合金的电子束焊研究中，接头的抗拉强度可到达母材的90%。但因镁合金焊接时会挥发大量的镁金属蒸汽，对真空室的污染很大。Draugelates等研究发现非真空电子束适合于镁合金的焊接，在非真空电子束焊接时，可在适当的焊接工艺下获得成形及性能良好的接头。电子束焊接时可通过添加焊丝减少气孔、缩松、缩孔等缺陷，焊丝的添加也给电子束焊在铸造镁合金的修复应用方面提供了可行性。
结语
超微弧氧化技术实现了超大形铸造镁合金产品的膜层制备，并实现标准化批量生产，产品技术指标领先行业技术水平。随着该技术的成功应用与推广，对镁合金铸件表面处理行业的发展将起到一定的推动作用。
参考文献
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