镁铝异种金属焊接研究现状与进展
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关于焊接的毕业论文
目录1 绪论 (3)2 摘要 (3)3 材料介绍 (7)4 激光焊接技术 (7)4.1 同种镁合金的激光焊接 (7)4.2 镁合金与铝合金的激光焊接 (7)5 等离子弧焊技术 (8)5.1 同种镁合金的变极性等离子弧焊 (8)5.2 镁合金的变极性等离子弧缝焊 (8)6 低能耗激光诱导增强电弧复合焊接技术 (9)6.1 同种镁合金板材的焊接 (9)6.2 同种镁合金薄板的焊接 (9)6.3 异种镁合金板材的焊接 (10)6.4 镁合金与钢异种金属的焊接 (10)7活性焊接技术 (11)7.1镁合金活性焊接 (11)7.2镁合金活性焊丝填丝焊接 (11)8 熔化胶接焊焊接技术 (12)8.1镁合金等离子弧胶接焊 (12)8.2镁合金与铝合金的激光胶接焊 (13)9 镁合金与铝合金的扩散焊接技术 (13)10 镁合金焊接接头电弧喷涂防护技术 (14)11 镁合金焊接技术的应用及展望 (15)12 结论 (17)13 致谢 (18)14参考文献 (19)绪论近10年来，由于受到能源节约以及环境保护的巨大推动，镁合金及其焊接技术的发展比任何时期都快，从焊接方法、焊接材料到焊接设备等方面都不断有新的突破，为镁合金焊接生产向优质、高效、低成本的方向发展提供了前所未有的良好条件，并大大促进了镁合金的产业化进程。
镁合金由于其自身的物理化学特点，导致其焊接有很大困难，满意的焊接质量不易获得。
镁合金的结晶温度区大，易于产生热裂纹；镁的沸点低，温度进一步升高后，其蒸气压比在相同温度下的铝合金要高4-5倍，因而焊接时温度一旦过高，镁会气化，产生爆炸形成飞溅；镁对氧的亲和力大，其氧化物密度较大，而容易形成夹杂；镁在接近熔化温度时，能与空气中的氮强烈化合生成脆性的镁的氮化物，显著降低接头力学性能；因此，实现镁合金优质焊接是比较困难的，在焊接时容易产生裂纹、气孔、飞溅等缺陷。
但是由于工业的迫切需要，许多科学工作者做出了很大的努力，并取得了一些重要成果。
镁合金铝合金的固态扩散焊接探索
镁合金铝合金的固态扩散焊接探索作者：李奇峰来源：《科技资讯》 2011年第34期李奇峰(苏州华旃航天电器有限公司研究所江苏苏州 215129)摘要:本文以镁合金ZK60和铝合金7A04为研究对象,采用加入中间层锌的方式对Mg／Al 异种材料进行了扩散焊接试验,试验焊接条件在非真空环境下,焊接设备及条件相对简单,具有很高的实际工业生产利用价值。
探索性的总结出一些影响镁铝扩散焊接的因素以及有利于扩散焊接的试验工艺参数条件以及操作过程。
结果表明,Mg／Al异种材料扩散焊在焊接温度在430℃左右,焊接压力16MPa焊接时间为80min～120min能得到良好的扩散焊接头。
关键词:Mg/A1异种材料显微组织扩散焊接中图分类号:TG457文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)12(a)-0081-01镁、铝是目前应用广泛的航空航天材料,具有熔点低、密度小、塑性好等优点。
由于镁合金和铝合金应用的广泛性和交叉性,以及在某些场合对其特殊性能的要求,将镁、铝及其合金连接形成复合结构十分必要。
一般的焊接方法(如MIG,TIG)很难对Mg/Al异种材料进行连接,主要是在焊接热影响区产生变形及裂纹。
扩散连接能够避免采用熔焊方法时易产生的裂纹、变形、偏析等缺陷,采用扩散焊技术实现了对Fe3Al异种材料、Ti/A1异种材料的可靠连接,但是对于Mg/A1活性金属的扩散连接目前尚未见报道。
研究镁、铝合金的扩散连接以及接头微观组织具有重要的理论及实践意义。
1 实验过程1.1 实验设备扩散焊接探索试验在自行设计制造的试验装置上进行,实验在非真空环境下进行。
它能够满足一般扩散焊接对焊接温度、压力等重要参数的控制要求。
该装置采用电阻加热方式,焊接温度用热电偶测量,试验时热电偶固定在距焊接试样约1mm处。
1.2 实验材料及准备为了获得较好的焊接条件,实验中对所需的焊接材料具有一些特殊要求同时也进行了一定工艺的处理。
本实验所使用的镁合金材料牌号为ZK60。
镁铝异种金属焊接研究现状与进展
维普资讯
专题综述 ｒ 掳 缛
镁 铝 异种 金 属 焊 接 研 究现 状 与进 展
哈 尔滨 工业 大学现 代焊 接 生产技 术 国 家重 点 实验 室（ ５ ０ １ １０ ０ ）
摘要
王 军 冯吉 才
综 述 了 近 年 来 国 内外 镁 铝 异 种 金 属 焊 接 的可 行 性 和焊 接 方 法 的研 究 现 状 ， 镁 铝 焊 接 的方 法 、 点 、 对 特 应
的扩 散焊 接头 。试 验发 现 ， 头 区 由铝 侧 过渡 区 、 间 接 中 扩散 区和镁 侧 过渡 区组 成 ， 区 之 间存 在 明 显 的界 限 。 各 过 渡 区 中 形 成 了 致 密 的 新 相 化 合 物 层 ， 中 包 含 其
较 高 的 比强 度和 比刚度 ， 具 有 良好 的抗 震 能力 ， 以 并 所 在 航 天 、 空 、 表 、 讯 等 高 新 领 域 应 用 潜 力 巨 航 仪 通
于镁 的晶格 常数 （ Ⅱ＝０ ３ ０９ ｎ Ｃ＝ ． ２ ｍ） ． ． ２ ｍ， ０ ５ １１ｎ ． 且
低 了焊接接头的力学性能ｒ 。
许 多学 者对 镁 铝 异 种 材料 焊 接 进 行 了研 究 ， 电 从
阻焊 ， 擦焊 ，Ｉ 摩 ＴＧ焊 到新 兴 的搅 拌 摩 擦 焊 ， 光焊 ， 激 激
收稿 日期 ： ０ ７—０ ２０ ５—１ ７
织 ， 基体 金 属 、 渡 区一 直 到焊 缝 区 ， 粒 尺寸 明显 从 过 晶 呈现 减小 趋势 ， 焊缝 区未 出现 孔 洞等 焊 接 缺 陷 ， 接头 中 相互 流动 的 漩 涡 和 涡 流所 形 成 的插 排 结 构 清 晰 可见 。
制造 、 电工 及化 学 工 业 中 已大 量 应 用 。镁 是 比铝 还 轻 的一种 有色 金 属 ， 度 为 １ ７ 密 ． ４×１ ｋ／ 它 也 具 有 ０ ｇｍ ，
专题综述 ｒ 掳 缛
镁 铝 异种 金 属 焊 接 研 究现 状 与进 展
哈 尔滨 工业 大学现 代焊 接 生产技 术 国 家重 点 实验 室（ ５ ０ １ １０ ０ ）
摘要
王 军 冯吉 才
综 述 了 近 年 来 国 内外 镁 铝 异 种 金 属 焊 接 的可 行 性 和焊 接 方 法 的研 究 现 状 ， 镁 铝 焊 接 的方 法 、 点 、 对 特 应
的扩 散焊 接头 。试 验发 现 ， 头 区 由铝 侧 过渡 区 、 间 接 中 扩散 区和镁 侧 过渡 区组 成 ， 区 之 间存 在 明 显 的界 限 。 各 过 渡 区 中 形 成 了 致 密 的 新 相 化 合 物 层 ， 中 包 含 其
较 高 的 比强 度和 比刚度 ， 具 有 良好 的抗 震 能力 ， 以 并 所 在 航 天 、 空 、 表 、 讯 等 高 新 领 域 应 用 潜 力 巨 航 仪 通
于镁 的晶格 常数 （ Ⅱ＝０ ３ ０９ ｎ Ｃ＝ ． ２ ｍ） ． ． ２ ｍ， ０ ５ １１ｎ ． 且
低 了焊接接头的力学性能ｒ 。
许 多学 者对 镁 铝 异 种 材料 焊 接 进 行 了研 究 ， 电 从
阻焊 ， 擦焊 ，Ｉ 摩 ＴＧ焊 到新 兴 的搅 拌 摩 擦 焊 ， 光焊 ， 激 激
收稿 日期 ： ０ ７—０ ２０ ５—１ ７
织 ， 基体 金 属 、 渡 区一 直 到焊 缝 区 ， 粒 尺寸 明显 从 过 晶 呈现 减小 趋势 ， 焊缝 区未 出现 孔 洞等 焊 接 缺 陷 ， 接头 中 相互 流动 的 漩 涡 和 涡 流所 形 成 的插 排 结 构 清 晰 可见 。
制造 、 电工 及化 学 工 业 中 已大 量 应 用 。镁 是 比铝 还 轻 的一种 有色 金 属 ， 度 为 １ ７ 密 ． ４×１ ｋ／ 它 也 具 有 ０ ｇｍ ，
镁铝异种金属焊接的若干方面阐述
镁铝异种金属焊接的若干方面阐述1 概述进入21世纪以后，资源和环境的平衡以及可持续发展已经成为人类的首要问题，节能和环保已经成为现代产业的突出特点。
镁合金作为目前世界上最轻的金属工程结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减振降噪能力强、电磁屏蔽性能优异、抗辐射、切削加工和热成型性好、可焊接，对碱、煤油、汽油和矿物油具有化学稳定性，易于回收利用等优点。
镁合金在汽车、摩托车等交通工具、仪器仪表、电子电器、化工冶金、航空航天、国防军工等领域获得了广泛的应用。
镁合金作为一种结构材料，在工程实际应用上就要考虑其连接的问题，焊接是最常用的连接方法。
镁合金自身特性决定了焊接性能较差，难以实现可靠连接。
目前镁合金焊接技术已成为了一个世界性的技术问题。
铝合金具有比强高、延展性好、导电性好、抗腐蚀性好，又便于回收再利用等特点，在很大程度上满足了现代工业对轻质、高强、节能方面的要求，特别是航空航天、汽车制造等行业，铝合金已经成为应用最广泛的有色金属。
铝合金作为应用广泛的轻金属其主要的连接技术是焊接，并且对常规焊接方法的研究已经比较成熟。
镁和铝作为两种最具有应用前景的有色轻金属，对它们交叉使用的研究是十分必要的，如果要实现镁/铝异种金属结构的有效连接，焊接将成为其主要的连接方法。
这样也会扩大镁合金、铝合金结构件在高新技术领域的应用。
2 镁/铝异种金属的焊接特点在镁/铝异种金属的焊接过程中往往存在熔化和结晶的过程，而且生成的金属间化合物会对接头性能产生关键性的影响。
镁/铝异种金属的焊接特点主要有下面的几点：（1）镁和铝极易氧化。
Mg和Al均属于活泼金属，很容易与氧结合形成MgO 和Al2O3氧化膜，尤其是Al2O3结构致密且熔点很高（2050℃），很难将其去除。
这不仅阻碍两种金属的连接，而且使接头区容易产生夹杂、裂纹等缺陷，使接头结合性能变差。
（2）镁和铝液态时相互溶解度小。
由于镁是密排六方结构，铝是面心立方结构，两者晶体结构的不同是两者之间相互溶解度差的主要原因之一。
镁合金研究现状及发展趋势
镁合金研究现状及发展趋势摘要：镁合金作为21世纪的绿色环保工程材料之一，近年来已成为学术界的一个研究热点。
本文主要综述了镁合金的研究进展和应用，介绍了耐热、耐蚀、阻燃和高强高韧等高性能镁合金材料的最新发展。
还介绍了镁合金成型技术的研究成果，最后展望了高性能镁合金的发展前景。
关键词：镁合金；高强高韧；成型技术；应用1.引言镁（Mg）是地球上储量最为丰富的元素之一，在陆地、湖泊和海洋中都广为分布，例如，其在地壳表层金属矿资源中的含量达2.3%，仅次于占8.1%的铝和5%的铁，居第三位；海水中的镁含量达到2.1×1015吨，可以认为是取之不尽、用之不竭的元素[1]。
此外，我国的白云石矿储量、菱镁矿以及原镁的产量位列世界镁资源储量首位[2]。
同时，随着当前钢铁行业中铁矿石等资源的日趋紧张，开发和利用镁作为替代材料是必然的趋势。
被誉为“二十一世纪绿色金属结构工程材料”的镁合金是目前所知金属结构材料中最轻的，与其他同类材料相比，它具有密度小，比强度、比刚度较高，可以回收再利用且机加工性能优异，阻尼减震性好，电磁屏蔽效果佳等一系列优点，因此在交通运输（如汽车、摩托车、自行车等工业）、航空航天、武器装备、计算机通讯和消费电子产品等领域具有广阔的应用前景[3]，但其使用量与铝合金和塑料相比还相当少[4]。
目前，从全球镁合金研发状况看，发展方向如图1所示[5]，我国在镁合金材料的应用研究与产业化方面也己取得重大进展，形成了从高品质镁材料生产到镁合金产品制造的完整产业链，为我国实现由镁资源大国向镁应用强国的跨越奠定了坚实的基础。
图1 镁合金的研发方向[5]Fig. 1 Directions of Mg alloy development2.镁合金的特点及分类通过在纯镁中添加其他化学元素，可显著改善镁的物理、化学和力学性能。
但镁合金同时存在着显著的缺点，下面对镁合金的优缺点进行简要的阐述。
2.1镁合金的优点[6 ~ 8]1）密度小、质量轻。
铝镁异种材料搅拌摩擦焊研究进展
铝镁异种材料搅拌摩擦焊研究进展
魏艺涵;汪晟钰;高吉成
【期刊名称】《兵器材料科学与工程》
【年(卷),期】2024(47)1
【摘要】开展铝/镁异种材料焊接对工程轻量化具有重要意义,但铝/镁异种焊接面临诸多挑战,改善焊接接头组织,并提高接头性能成为研究重点之一。
针对国内外铝/镁异种材料搅拌摩擦焊发展现状,从焊接参数、新工艺及数值模拟等方面对铝/镁异种材料搅拌摩擦焊进行了分析与展望,旨在为相关领域的进一步研究提供借鉴与参考。
【总页数】8页(P131-138)
【作者】魏艺涵;汪晟钰;高吉成
【作者单位】扬州大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG
【相关文献】
1.铝/钢异种材料搅拌摩擦焊研究进展
2.基于不旋转轴肩的铝镁异种材料搅拌摩擦焊
3.焊接工艺参数对镁铝异种材料搅拌摩擦焊的影响
4.搅拌头偏置对铝镁异种合金搅拌摩擦焊焊缝成形的影响
5.转速对厚板铝/镁异种材料搅拌摩擦焊摩擦产热及界面组织的影响
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铝钢异种金属旋转摩擦焊接研究现状
专题综述滋蕊铝/钢异种金属旋转摩擦焊接研究现状朱瑞灿1'4'5,赵衍华！，王浩$,秦国梁$%,刘顺刚％,张凌东&(1.首都航天机械有限公司，北京100076#2.山东大学，济南250061#3.中国电建集团核电工程公司，济南2500674.清华大学，北京100072#5.机械科学研究总院，北京100044#%.火箭军驻北京地区第一军代表室，北京100076)摘要：根据铝/钢异种金属焊接冶金特点及旋转摩擦焊接工艺特点,分析认为旋转摩擦焊最适合铝/钢异种金属轴对称件焊接的工艺。
分别介绍了连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊接工艺对铝/钢异种金属焊接接头的组织和性能的影响。
总结了铝/钢异种金属摩擦焊接技术研发中亟待解决的主要科学问题，铝/钢旋转摩擦焊过程中摩擦界面及其附近剧烈的塑性流变对IMCs生成的影响规律和机制需要进一步的研究;需要开发相应的工艺措施促进铝/钢接头界面成以Fe-AlIMCs为标志的冶金结合，并使IMCs%。
最，研究揭示铝/钢摩擦界面IMCs生成机理、相的组成、形态、分布等冶金行为，对铝/钢旋转摩擦焊接头的组织性能调控具要，铝/钢异种金属焊接结构性能的理。
关键词：铝/钢异种金属；旋转摩擦焊；焊接工艺；力学性能；金属间化合物中图分类号：TG457.10前言、、等工业的迅速发展，能和等问题，节能发的-铝合金具、、成等优点，是结的主要结；但单一铝合金能满要求，铝合金/钢(铝/钢)复合结3能够充分发挥两种材料的性能优势，的的强度等性能，、、冶金、等工域具应[+]，发动机铝/钢异种金属[2]、开发用铝/钢异种金属合钻杆⑻及LNG中铝/钢过接头等,均为典型的铝/钢异种金属管式焊接结构，而这些铝/钢复合结构的应用与开发都面临着铝/钢异种金属高强、高可靠性焊接技术瓶颈。
铝/钢异种金属焊接是制备铝/钢复合结构的关键加工制造工艺，常规的3接、螺栓连接等机械连接方法虽然可以实现铝/钢的连接，但存密性差、效果差等缺点，因此难等行业对铝/钢复合结构的要求，需要合适的焊接工艺实现铝/钢异种金属、可靠连接"收稿日期：2020-09-16基金项目：山东省重大科技创新工程项目(2018CXGC0810)doi:10.12073/j.hj.202009160021铝/钢异种金属焊接性分析图1为Fe-Al二元合金相图⑷。
CMT焊接讲解
CMT焊接目前国内外低热输入焊接新工艺CMT(cold metal transfer)一冷金属过渡焊是低热输入焊接工艺中的佼佼者，CMT技术是福尼斯公司开发的一种低热输入焊接工艺。
该技术在熔滴短路时电源输出电流几乎为零，同时焊丝回抽帮助熔滴脱落，实现熔滴“冷”过渡，大大降低了焊接过程的热输入。
1.CMT焊接研究现状图1 CMT焊与P-MIG焊熔滴过渡形式分布CMT技术的发展过程经历了几个阶段:90年代初，奥地利福尼斯公司是为研究钢铝的异种焊接而开始;到90年代末，开发了无飞溅引弧技术(SFI，此技术为CMT的研究奠定了基础;在接下来的几年到1999年，使得CMT技术得以问世;到2010年，Fronius公司对CMT焊接系统进行开发，发展到了CMT Advanced和CMT Advanced +P焊接技术。
发展到现在，CMT焊与P-MIG焊熔滴过渡形式电流电压的分布如图1所示，CMT技术的热输入量达到的范围明显的小于P-MIG。
CMT技术创新的将熔滴过渡过程与送丝运动相结合，该创新处大大降低了焊接过程的热输入量，真正实现了无飞溅焊接。
此焊接工艺不仅提高焊后工件表面质量，还减小金属的损失，降低焊接过程中的烟尘、有害气体，对环境的污染进一步减小是一种绿色环保的焊接技术。
目前CMT焊接的研究主要涉及到薄板焊接、异种焊接、钎焊等，利用的均是其热输入低的特点。
CMT焊可以焊接薄板低至0.3mm的超薄板，CMT焊接工艺己研究应用的有3 mm及以下的铝合金焊接、镁铝异种焊接、铝钢异种焊接、钦铜异种焊接等。
CMT技术问世后专家学者不断的进行研究，目前关于CMT技术复合热源也出现了。
国外学者利用CMT-GMAW焊接镍基超耐热不锈钢，河北科技大学也正在研究利用CMT与高频复合焊接铝锂合金。
2. CMT焊接原理与特点CMT(冷金属过渡技术)的熔滴过渡形式是在短路过渡基础上开发的，普通的短路过渡过程如下:焊丝端部熔化形成熔滴，熔滴与熔池接触形成小桥，焊丝在小桥处爆断，短路时伴有大的电流和飞溅。
CMT焊接资料
CMT焊接目前国内外低热输入焊接新工艺CMT(cold metal transfer)一冷金属过渡焊是低热输入焊接工艺中的佼佼者，CMT技术是福尼斯公司开发的一种低热输入焊接工艺。
该技术在熔滴短路时电源输出电流几乎为零，同时焊丝回抽帮助熔滴脱落，实现熔滴“冷”过渡，大大降低了焊接过程的热输入。
1.CMT焊接研究现状图1 CMT焊与P-MIG焊熔滴过渡形式分布CMT技术的发展过程经历了几个阶段:90年代初，奥地利福尼斯公司是为研究钢铝的异种焊接而开始;到90年代末，开发了无飞溅引弧技术(SFI，此技术为CMT的研究奠定了基础;在接下来的几年到1999年，使得CMT技术得以问世;到2010年，Fronius公司对CMT焊接系统进行开发，发展到了CMT Advanced和CMT Advanced +P焊接技术。
发展到现在，CMT焊与P-MIG焊熔滴过渡形式电流电压的分布如图1所示，CMT技术的热输入量达到的范围明显的小于P-MIG。
CMT技术创新的将熔滴过渡过程与送丝运动相结合，该创新处大大降低了焊接过程的热输入量，真正实现了无飞溅焊接。
此焊接工艺不仅提高焊后工件表面质量，还减小金属的损失，降低焊接过程中的烟尘、有害气体，对环境的污染进一步减小是一种绿色环保的焊接技术。
目前CMT焊接的研究主要涉及到薄板焊接、异种焊接、钎焊等，利用的均是其热输入低的特点。
CMT焊可以焊接薄板低至0.3mm的超薄板，CMT焊接工艺己研究应用的有3 mm及以下的铝合金焊接、镁铝异种焊接、铝钢异种焊接、钦铜异种焊接等。
CMT技术问世后专家学者不断的进行研究，目前关于CMT技术复合热源也出现了。
国外学者利用CMT-GMAW焊接镍基超耐热不锈钢，河北科技大学也正在研究利用CMT与高频复合焊接铝锂合金。
2. CMT焊接原理与特点CMT(冷金属过渡技术)的熔滴过渡形式是在短路过渡基础上开发的，普通的短路过渡过程如下:焊丝端部熔化形成熔滴，熔滴与熔池接触形成小桥，焊丝在小桥处爆断，短路时伴有大的电流和飞溅。
镁合金焊接技术研究现状与进展
镁合金焊接技术研究现状与进展班级：05183 姓名：付强学号：09焦作大学机电工程系邮编：454003摘要：镁合金有很多优异的性能，在航空航天、汽车、电子等领域具有广阔的应用前景，而镁合金的焊接技术是制约其发展的关键技术之一。
简述了镁合金的性能及应用，着重讨论了镁合金钨板氩弧焊、激光焊、电子束焊、激光一TIG 复合焊、搅拌摩擦焊、电阻．董焊的焊接特点，综述了镁合金焊接技术的研究进展和应用。
关键词：镁合金焊接技术应用前言：随着机械制造、航空航天、汽车工业的发展以及石油化工、电信、原子能及空间技术等新型工业的崛起，镁及镁合金的需求量日益增加，成为国民经济发展的重要基础原材料之一，在国民经济中占有重要的地位，是当今材料科学研究的重点方向之一【l ]。
镁合金是目前应用最广泛的合金，是理想的环保、节能材料，符合可持续发展的要求，被誉为21世纪绿色工程金属结构材料，并将成为21世纪重要的商用轻质材料口“]。
随着对镁合金的进一步研究和在各个领域中更加广泛的应用，开展镁合金焊接技术的研究工作显得尤为重要和迫切，提高镁合金的焊接性、获得优质焊接接头是进一步拓宽镁合金应用范围的重要条件。
1、镁合金的性能及应用现状1．1、镁合金的性能镁合金是一种能够满足各种行业需求、发展前景可观的轻质材料，与铝和钢相比，镁合金材料具有以下特点[s~93：(1)镁合金作为一种轻质金属结构材料，其密度仅为1700kg／m ，是铝合金的2／3，钢的1／4，因此结构件的轻量化，采用镁合金较合适。
(2)镁合金的比强度和比刚度都高于铝合金和钢，在不降低零部件强度的前提下，镁合金零部件的质量比铝合金或钢的轻很多，而且镁合金的刚度随厚度的的增加呈立方比增加，用镁合金制造刚性好的整体构件十分有利。
(3)镁合金具有良好的抗冲击性，是塑料的2O倍；拥有优良的尺寸稳定性与良好的能量吸震性(在20MPa应力水平下镁合金AZ91D的衰减系数为2O ，而铝合金A380只有1 )，是制造抗震零件的好材料，对于用作设备机壳减少噪音传递、提高防冲击与防凹陷损坏十分有利。
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+,
焊接
专题综述
!"#$%&" ’&$()*" 结果表明， 在焊缝中除了一些未及时溢出的气孔， 无裂 接头中没有产生镁 纹等缺陷产生， 剪切强度为 <2 /C#， 铝金属间化合物。富锌和贫镁区交界处形成的反应层 将镁基体与邻近的钎焊区连接在一起， 反应层中只有 少量的 /83>4 金属间化合物， 对接头性能影响不大。 铝基体与钎焊区之间是一层很薄的 ’*3> 固溶体， 通过 该方法有效避免了镁铝金属间化合物的产生。通过热 力学计算和相图， 作者分析了钎焊连接组织演化过程。
+< ］ 图 0, 镁铝钎焊接头形貌 ［
#" 镁铝的熔焊 熔焊方法是一种经济高效的连接方法， 但在镁铝 熔焊中， 最难解决的问题是金属间化合物的形成。镁 和铝的熔点相差很小， 纯镁的熔点为 ?2+ A ， 纯铝的熔 点为 ??1 A ， 两种液态金属的接触不可避免， 且它们之 间的反应速度远远大于固态金属之间的反应速度， 因 此在熔焊中控制金属间化合物一直是该研究的核心问 题。 #$ %" 激光焊 激光焊接因其加热集中、 完成单位长度或单位厚 度工件所需的热输入量低、 适于焊接热敏感性强的金 属而被用于镁铝等有色金属的焊接研究。 文献［ +2 ］ 采用激光焊连接 ’30+: 镁合金和 ’2124 = D 铝合金， 焊接过程如图 < 所示。激光斜入射加热 搭接接头镁铝交界处， 根据有限元分析与试验结果， 优 化工艺参数， 使镁铝之间形成了冶金结合的焊接接头。 通过反应热力学分析， 确立了镁板在上铝板在下的搭 接形式， 并通过试验证实了此搭接方式的优点。试验 发现， 激光斜入射可以在获得相同熔宽条件下， 减小下 板的焊接熔深， 从而减小金属间化合物层的厚度， 达到 提高接头剪切强度的目的。结果表明， 焊缝剪切强度 可达 <E /C#。
04 ］ 图 :, 脉冲 -./ 焊接头表面形貌 ［
!" !$ 激光 6 -./ 焊 文献［ 0E ］ 采用激光 6 -./ 复合焊焊接异种金属镁 （ ’F90 ） 和铝（ 1710 ） 。该方法利用激光增加了 -./ 电 弧能量利用率， 同时利用 -./ 电弧增加了激光的吸收 率， 大大提高了焊接速度， 尤其适合于焊接热导率高的 金属。优化工艺参数为：-./ 电弧电流 077 ’ ， 保护气 流量 4 A ? >(B， 激光电流 0C7 ’， 脉宽 9= : >@， 频率 9E DG， 离焦量 0 >>，焊接速度 0 977 >> ? >(B。通过比较 试验作者认为， 传统 -./ 焊易形成连续的金属间化合 物层， 导致镁和铝接触的界面开裂， 不能实现有效的连 接。作者认为该方法焊接速度高并对熔池具有快速搅 拌作用， 并能使形成的金属间化合物由连续的层状变 成弥散的状态，此分布状态使较硬的组织和较软的组 织相互交错， 改善了异种金属镁和铝的焊接性， 该方法 焊缝成形均匀， 美观。 文献［ 57 ］ 采用激光氩弧焊加中间夹层焊接 ’F90 镁合金和 1710 铝合金。由于 H" 中间层的加入， 裂纹 没有产生在异种材料的交界面处， 而产生在 H" 的匮乏 区， H" 大部分分布在镁铝交界区， 见图 1 。直接进行激 光氩弧焊， 焊缝区呈现母材与 23’* 共晶的混合体。加
)! 前! ! 言 铝及其合金具有良好的耐蚀性、 较高的比强度、 较 好的导电性及导热性等优点， 在航空、 航天、 汽车、 机械 制造、 电工及化学工业中已大量应用。镁是比铝还轻 的一种有色金属， 密度为 +/ 01 2 +- 45 6 7 ， 它也具有较 高的比强度和比刚度， 并具有良好的抗震能力， 所以在 航天、 航空、 仪表、 通讯等高新领域应用潜力巨大
［ 0 8 :］
。
许多学者对镁铝异种材料焊接进行了研究， 从电 阻焊， 摩擦焊， ;<= 焊到新兴的搅拌摩擦焊， 激光焊， 激 光 ;<= 焊， 几乎涉及到焊接领域中的各种方法。论文 从压焊， 钎焊， 熔焊三大方面论述了镁铝异种材料焊接 近期的研究进展， 重点从控制镁铝金属间化合物的角 度， 分析了各种方法的效果， 对镁铝焊接的未来研究趋 势进行了展望。 (! 镁铝的压焊 (’ (! 真空扩散焊 扩散焊是在一定的温度和压力下使待焊表面相互 接触， 通过微观塑性变形或在待焊表面上产生微量液 相而扩大待焊表面的物理接触， 经较长时间的原子相 互 扩散来实现结合的一种焊接方法。扩散焊的优势在
!""# 年第 $ 期
。
针对两种最具应用前景的轻型有色金属材料， 镁铝异 种材料焊接的研究十分迫切， 并已成为焊接领域研究 的热点和难点
［ , 8 9］
。镁铝焊接的主要问题在于母材本
身极易氧化， 热传导系数大， 易产生裂纹和气孔等焊接 缺陷， 且极易产生金属间化合物， 从而显著降低了焊接 接头的力学性能
入 +" 夹层后则使焊缝区均匀纯净， 特别在镁铝交界处 +" 呈均匀分布并能使断裂的微观结构更加细小。
-［ 1］ - 斯重远， 张修智5 焊接手册（ 第 . 卷） ［ 6］ 5 北京： 机械工 业出版社， 177.5 87, 9 0.05 -［ .］ - :#;("< = 65 ’*%>(?%> (? #%$@>@$(;" #AA*()#$(@?< ［ B］ 5 1771 ， D（ .） ： E, 9 715 6"$#*< #?C 6#$"&(#*<， -［ 3］ - 6@&C(F" 4 G5 6#H?"<(%>：A&@A"&$("<I#AA*()#$(@?<IA@$"?$(#* ［ B］ 5 6#$"&(#*< J)("?)" #?C K?H(?""&(?H ’， .//1 ， 3/. （ 1） ： 3D 9 805 -［ 8］ - +#$@? L :5 6#H?"<(%>I#? @*C >#$"&(#* M($N ?"M #AA*()#I $(@?<［ B］ 5 6#$"&(#*< O :"<(H?， 1771 ， 1. （ ,） ： 3/7 9 31,5 -［ 0］ - G#&<<@? B P5 Q;"&;("M @R S@(?(?H $")N?@*@H("< (? $N" #%$@>@I $(;" (?C%<$&T ［ B］ 5 U"*C(?H V"<"#&)N ’W&@#C，.//3 ， 87
焊缝区形态多样， 但分界线明显， 属于典型的搅拌摩擦 焊组织形貌。显微硬度试验显示， 在焊缝和过渡区， 硬 度明显上升， 推断在此处生成了脆性相化合物。
++ ］ 图 +, 过渡区靠镁一侧 -./ 分析 ［
文献［ +0 ］ 采 用 搅 拌 摩 擦 焊 连 接 +121 铝 合 金 和 ’30+ 镁合金， 研究证明在焊缝处未出现如裂纹、 孔洞 等焊接缺陷， 但在焊缝区中出现大量的不规则区域， 如 图 4 所示。经 567 分析， ’ 区为 ’*+4 /8+9 金属间化合 物， : 区为 ’*+4 /8+9 ; /8 共晶组织， 因此该不规则区含 有大量的 ’*+4 /8+9 金属间化合物， 使得焊缝中心线处硬 度明显提高， 作者认为结构液化是生成金属间化合物 的主要原因。
!""# 年第 $ 期
04
焊接
专题综述
!"#$%&" ’&$()*" 焊接热输入及合金化的方法控制金属间化合物的生 长， 适于镁铝之间的焊接， 但这些方法对工件的尺寸和 形状有特殊的要求， 现场工作适应性不好。熔焊方法 比较灵活， 效率较高， 但金属间化合物又成为不可避免 的附加产物。如何即保证焊接质量， 又能适应大规模 生产， 提高生产率， 是未来需要解决的问题。镁铝连接 未来在汽车生产领域的应用发展潜力巨大， 熔焊在生 产率和现场适应性方面具有不可替代的优势， 因此采 用熔焊工艺如何控制金属间化合物组成、 形貌及分布 状态是镁铝异种材料连接的重要研究课题。 参 考 文 献
+0 ］ 图 4, 搅拌摩擦焊焊缝中心不规则区形貌 ［
!" 镁铝的钎焊 钎焊时， 母材不熔化， 采用比母材熔点低的钎料， 加热温度低于母材固相线而高于钎料固相线。该方法 加热温度低， 对母材组织和性能的影响小， 因此被用于 焊接镁铝等热敏感度高的材料。 文献［ +< ］ 根据 /8 = 3> 共晶反应的特征， 采用经 济可行的锌基钎料钎焊连接 ’30+: 镁合金和 ?1?+ 铝 合金板， 钎焊温度 0@1 A ， 时间 +1 B， 试验结果见图 0 。 +?
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专题综述
焊接
镁铝异种金属焊接研究现状与进展
哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室（ +,---+ ） . . 王! 军! 冯吉才
摘要! 综述了近年来国内外镁铝异种金属焊接的可行性和焊接方法的研究现状， 对镁铝焊接的方法、 特点、 应 用及组织演化特征进行了分析， 认为镁铝异种材料焊接时， 有效控制接头金属间化合物的组成、 大小、 形貌及分布 状态是获得优质焊接接头的关键。对未来镁铝焊接的研究趋势进行了预测， 认为镁铝的熔化焊接是一种高效且实 用的焊接方法， 具有广泛的应用前景， 该方法的连接机理及失效分析还要需进一步研究和探讨。 关键词： ! 镁! 铝! 异种金属! 焊接 中图分类号： ! "#$%&’ ($
+,
焊接
专题综述
!"#$%&" ’&$()*" 结果表明， 在焊缝中除了一些未及时溢出的气孔， 无裂 接头中没有产生镁 纹等缺陷产生， 剪切强度为 <2 /C#， 铝金属间化合物。富锌和贫镁区交界处形成的反应层 将镁基体与邻近的钎焊区连接在一起， 反应层中只有 少量的 /83>4 金属间化合物， 对接头性能影响不大。 铝基体与钎焊区之间是一层很薄的 ’*3> 固溶体， 通过 该方法有效避免了镁铝金属间化合物的产生。通过热 力学计算和相图， 作者分析了钎焊连接组织演化过程。
+< ］ 图 0, 镁铝钎焊接头形貌 ［
#" 镁铝的熔焊 熔焊方法是一种经济高效的连接方法， 但在镁铝 熔焊中， 最难解决的问题是金属间化合物的形成。镁 和铝的熔点相差很小， 纯镁的熔点为 ?2+ A ， 纯铝的熔 点为 ??1 A ， 两种液态金属的接触不可避免， 且它们之 间的反应速度远远大于固态金属之间的反应速度， 因 此在熔焊中控制金属间化合物一直是该研究的核心问 题。 #$ %" 激光焊 激光焊接因其加热集中、 完成单位长度或单位厚 度工件所需的热输入量低、 适于焊接热敏感性强的金 属而被用于镁铝等有色金属的焊接研究。 文献［ +2 ］ 采用激光焊连接 ’30+: 镁合金和 ’2124 = D 铝合金， 焊接过程如图 < 所示。激光斜入射加热 搭接接头镁铝交界处， 根据有限元分析与试验结果， 优 化工艺参数， 使镁铝之间形成了冶金结合的焊接接头。 通过反应热力学分析， 确立了镁板在上铝板在下的搭 接形式， 并通过试验证实了此搭接方式的优点。试验 发现， 激光斜入射可以在获得相同熔宽条件下， 减小下 板的焊接熔深， 从而减小金属间化合物层的厚度， 达到 提高接头剪切强度的目的。结果表明， 焊缝剪切强度 可达 <E /C#。
04 ］ 图 :, 脉冲 -./ 焊接头表面形貌 ［
!" !$ 激光 6 -./ 焊 文献［ 0E ］ 采用激光 6 -./ 复合焊焊接异种金属镁 （ ’F90 ） 和铝（ 1710 ） 。该方法利用激光增加了 -./ 电 弧能量利用率， 同时利用 -./ 电弧增加了激光的吸收 率， 大大提高了焊接速度， 尤其适合于焊接热导率高的 金属。优化工艺参数为：-./ 电弧电流 077 ’ ， 保护气 流量 4 A ? >(B， 激光电流 0C7 ’， 脉宽 9= : >@， 频率 9E DG， 离焦量 0 >>，焊接速度 0 977 >> ? >(B。通过比较 试验作者认为， 传统 -./ 焊易形成连续的金属间化合 物层， 导致镁和铝接触的界面开裂， 不能实现有效的连 接。作者认为该方法焊接速度高并对熔池具有快速搅 拌作用， 并能使形成的金属间化合物由连续的层状变 成弥散的状态，此分布状态使较硬的组织和较软的组 织相互交错， 改善了异种金属镁和铝的焊接性， 该方法 焊缝成形均匀， 美观。 文献［ 57 ］ 采用激光氩弧焊加中间夹层焊接 ’F90 镁合金和 1710 铝合金。由于 H" 中间层的加入， 裂纹 没有产生在异种材料的交界面处， 而产生在 H" 的匮乏 区， H" 大部分分布在镁铝交界区， 见图 1 。直接进行激 光氩弧焊， 焊缝区呈现母材与 23’* 共晶的混合体。加
)! 前! ! 言 铝及其合金具有良好的耐蚀性、 较高的比强度、 较 好的导电性及导热性等优点， 在航空、 航天、 汽车、 机械 制造、 电工及化学工业中已大量应用。镁是比铝还轻 的一种有色金属， 密度为 +/ 01 2 +- 45 6 7 ， 它也具有较 高的比强度和比刚度， 并具有良好的抗震能力， 所以在 航天、 航空、 仪表、 通讯等高新领域应用潜力巨大
［ 0 8 :］
。
许多学者对镁铝异种材料焊接进行了研究， 从电 阻焊， 摩擦焊， ;<= 焊到新兴的搅拌摩擦焊， 激光焊， 激 光 ;<= 焊， 几乎涉及到焊接领域中的各种方法。论文 从压焊， 钎焊， 熔焊三大方面论述了镁铝异种材料焊接 近期的研究进展， 重点从控制镁铝金属间化合物的角 度， 分析了各种方法的效果， 对镁铝焊接的未来研究趋 势进行了展望。 (! 镁铝的压焊 (’ (! 真空扩散焊 扩散焊是在一定的温度和压力下使待焊表面相互 接触， 通过微观塑性变形或在待焊表面上产生微量液 相而扩大待焊表面的物理接触， 经较长时间的原子相 互 扩散来实现结合的一种焊接方法。扩散焊的优势在
!""# 年第 $ 期
。
针对两种最具应用前景的轻型有色金属材料， 镁铝异 种材料焊接的研究十分迫切， 并已成为焊接领域研究 的热点和难点
［ , 8 9］
。镁铝焊接的主要问题在于母材本
身极易氧化， 热传导系数大， 易产生裂纹和气孔等焊接 缺陷， 且极易产生金属间化合物， 从而显著降低了焊接 接头的力学性能
入 +" 夹层后则使焊缝区均匀纯净， 特别在镁铝交界处 +" 呈均匀分布并能使断裂的微观结构更加细小。
-［ 1］ - 斯重远， 张修智5 焊接手册（ 第 . 卷） ［ 6］ 5 北京： 机械工 业出版社， 177.5 87, 9 0.05 -［ .］ - :#;("< = 65 ’*%>(?%> (? #%$@>@$(;" #AA*()#$(@?< ［ B］ 5 1771 ， D（ .） ： E, 9 715 6"$#*< #?C 6#$"&(#*<， -［ 3］ - 6@&C(F" 4 G5 6#H?"<(%>：A&@A"&$("<I#AA*()#$(@?<IA@$"?$(#* ［ B］ 5 6#$"&(#*< J)("?)" #?C K?H(?""&(?H ’， .//1 ， 3/. （ 1） ： 3D 9 805 -［ 8］ - +#$@? L :5 6#H?"<(%>I#? @*C >#$"&(#* M($N ?"M #AA*()#I $(@?<［ B］ 5 6#$"&(#*< O :"<(H?， 1771 ， 1. （ ,） ： 3/7 9 31,5 -［ 0］ - G#&<<@? B P5 Q;"&;("M @R S@(?(?H $")N?@*@H("< (? $N" #%$@>@I $(;" (?C%<$&T ［ B］ 5 U"*C(?H V"<"#&)N ’W&@#C，.//3 ， 87
焊缝区形态多样， 但分界线明显， 属于典型的搅拌摩擦 焊组织形貌。显微硬度试验显示， 在焊缝和过渡区， 硬 度明显上升， 推断在此处生成了脆性相化合物。
++ ］ 图 +, 过渡区靠镁一侧 -./ 分析 ［
文献［ +0 ］ 采 用 搅 拌 摩 擦 焊 连 接 +121 铝 合 金 和 ’30+ 镁合金， 研究证明在焊缝处未出现如裂纹、 孔洞 等焊接缺陷， 但在焊缝区中出现大量的不规则区域， 如 图 4 所示。经 567 分析， ’ 区为 ’*+4 /8+9 金属间化合 物， : 区为 ’*+4 /8+9 ; /8 共晶组织， 因此该不规则区含 有大量的 ’*+4 /8+9 金属间化合物， 使得焊缝中心线处硬 度明显提高， 作者认为结构液化是生成金属间化合物 的主要原因。
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焊接
专题综述
!"#$%&" ’&$()*" 焊接热输入及合金化的方法控制金属间化合物的生 长， 适于镁铝之间的焊接， 但这些方法对工件的尺寸和 形状有特殊的要求， 现场工作适应性不好。熔焊方法 比较灵活， 效率较高， 但金属间化合物又成为不可避免 的附加产物。如何即保证焊接质量， 又能适应大规模 生产， 提高生产率， 是未来需要解决的问题。镁铝连接 未来在汽车生产领域的应用发展潜力巨大， 熔焊在生 产率和现场适应性方面具有不可替代的优势， 因此采 用熔焊工艺如何控制金属间化合物组成、 形貌及分布 状态是镁铝异种材料连接的重要研究课题。 参 考 文 献
+0 ］ 图 4, 搅拌摩擦焊焊缝中心不规则区形貌 ［
!" 镁铝的钎焊 钎焊时， 母材不熔化， 采用比母材熔点低的钎料， 加热温度低于母材固相线而高于钎料固相线。该方法 加热温度低， 对母材组织和性能的影响小， 因此被用于 焊接镁铝等热敏感度高的材料。 文献［ +< ］ 根据 /8 = 3> 共晶反应的特征， 采用经 济可行的锌基钎料钎焊连接 ’30+: 镁合金和 ?1?+ 铝 合金板， 钎焊温度 0@1 A ， 时间 +1 B， 试验结果见图 0 。 +?
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专题综述
焊接
镁铝异种金属焊接研究现状与进展
哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室（ +,---+ ） . . 王! 军! 冯吉才
摘要! 综述了近年来国内外镁铝异种金属焊接的可行性和焊接方法的研究现状， 对镁铝焊接的方法、 特点、 应 用及组织演化特征进行了分析， 认为镁铝异种材料焊接时， 有效控制接头金属间化合物的组成、 大小、 形貌及分布 状态是获得优质焊接接头的关键。对未来镁铝焊接的研究趋势进行了预测， 认为镁铝的熔化焊接是一种高效且实 用的焊接方法， 具有广泛的应用前景， 该方法的连接机理及失效分析还要需进一步研究和探讨。 关键词： ! 镁! 铝! 异种金属! 焊接 中图分类号： ! "#$%&’ ($