镁合金在汽车制造中应用广泛,有助于实现汽车行业低排量、低油耗的目标。然而,要大规模推广镁合金在汽车领域的应用,还需进一步创新焊接技术。
一、镁及镁合金的焊接性分析
镁合金具有密度低、熔点低、热导率和电导率大、热膨胀系数大、化学活泼性强等特点,这使得其焊接过程中存在诸多困难,主要表现为:
(一)氧化和蒸发
镁极易氧化,形成高熔点、高密度的氧化膜(MgO),影响焊缝性能。同时,镁在高温下易与氮反应生成氮化物,还会因沸点低而蒸发。
(二)晶粒粗大
镁合金热导率大,焊接时需大功率热源和高速焊接,易导致焊缝和近焊缝区金属过热,晶粒长大。
(三)热应力
镁合金热膨胀系数大,焊接易产生变形和残余应力。
(四)焊缝金属下塌
镁表面张力小,焊接时易出现焊缝金属下塌,影响成形质量。
(五)气孔
镁合金焊接易产生氢气孔,因氢在镁中溶解度随温度降低而减小,且气体不易逸出。
(六)热裂纹
镁合金易形成低熔点共晶组织,焊接接头易产生结晶裂纹,高温时还会出现“过烧”现象。
此外,镁及镁合金易燃烧,焊接时需惰性气体或焊剂保护。
二、镁合金的焊接现状及发展趋势
镁合金适用于多种焊接方法,包括钨极氩弧焊(TIG)、激光焊、电子束焊和电阻点焊等。不同焊接方法各有优缺点:
(一)钨极氩弧焊(TIG)
TIG是镁合金常用焊接方法,利用交流电阴极清理效应去除氧化膜。但交流TIG热输入低,焊接厚板时需多层多道焊或双面施焊,效率较低。其主要缺陷是气孔和疏松,可通过增加保护气体流量、压低电弧等方法改善。
(二)激光焊
激光焊是高效精密加工方法,研究集中在激光器选择、功率、焊接速度等方面。激光焊可得到窄焊缝和大熔深,但易出现气孔、热裂纹等缺陷,且镁合金对激光反射率大,熔深较浅。
(三)电子束焊
电子束焊可焊透厚镁合金板,熔化区多为等轴晶,能避免多种焊接缺陷。非真空电子束焊效率高,可实现自动化,为镁合金应用提供了新途径。
(四)电阻点焊
电阻点焊成本低、工艺稳定,但镁合金导热率高、电阻值小,焊接时需高电流,设备成本高。其熔核生长分三阶段,焊接参数需精确控制。
随着镁合金在汽车领域的广泛应用,其连接技术成为关键问题,各种焊接方法的研究将受到更多关注。