镁合金的激光焊接技术研究进展

摘要:镁合金是一种高性能结构材料,密度较低,强度高于刚度、导热系数和冲击阻尼。随着镁合金在工业生产中应用的增加,重点放在镁合金焊接工艺和焊接研究上。当前镁合金的主要焊接方法是:氦圆焊接、摩擦焊接、电子片焊接、激光焊接、激光圆形双焊接等。由于镁合金本身独特的物理化学性能,如熔点和低温、高导热系数、高热膨胀系数等。很难用传统的熔炼方法焊接镁合金,可能导致焊接槽和热裂纹等错误。激光焊接与传统的氦电弧焊接方法相比,具有能量浓度、快速加热和冷却速度、热影响范围和较小的焊缝变形。镁合金压强的优点显而易见,焊接质量简单。
关键词:镁合金;激光焊接技术;研究
引言
随着我国社会经济的逐步发展,目前的社会生产力水平大大提高,焊接技术在社会生产中的广泛应用在社会发展中发挥了重要作用。面对中国社会的迅速进步,不可再生资源紧张,需要在今后的发展进程中积极开发环保高效的技术,以便在提高生产加工质量的基础上有效地
减少能源和材料消耗。镁合金是一种高精度、低功耗、高效的焊接材料。以开发环保高效的焊接技术。
1镁合金传统制造工艺及难点
锻造可以得到性能优异的产品,但很难制造出具有复杂形状和复杂内部结构的近净形状构件。铸造存在同样的问题,且铸造过程中容易产生热裂纹、缩孔、气眼等缺陷,熔体纯净度和晶粒尺寸难以控制。挤压不仅具有比锻造、轧制更为强烈的三向压应力状态,还可以有效细化晶粒,提高镁合金的强度和塑性,但是挤压产品的组织和性能沿长度和断面存在差异,且气体带入会产生气泡或起皮等缺陷。可以看出,传统加工成形工艺在宏观结构设计、微观织构优化、性能精细化调控上表现较差,抑制了镁合金的复杂化、多功能化的发展,为此有必要采用灵活度更高的柔性加工工艺对镁合金进行加工,以突破传统加工的限制。
2镁锂合金的焊接性分析
如二进制镁合金图所示,锂在镁中的溶解度不会随温度的变化而变化。根据镁合金溶解度陶瓷滤波器
与锂相的不同,可将镁合金分为三类:第一类是镁合金,一种密排六段结构镁合金单相固体(锂质量分数< 5.7%);二是镁合金(锂质量的5.7%≥11.5%),作为α + β镁双相溶剂;第三类是镁-β合金的单价锂-镁合金(锂质量分数> 11.5%)。镁合金虽然含有较多的Li元素,但仍以镁为基础,因此该镁合金的焊接工艺比其他镁合金具有更多的相似性。例如,由于镁合金结晶温度范围较高,因此容易产生热裂纹和空穴;因为镁沸点相对较低,约1100℃,蒸汽压力较高,容易氧化,产生爆炸和爆破;并且镁与氧的亲和性较高,其氧密度较大,容易形成混合物。此外,还应特别注意到,由于存在Li元素,表面氧化膜很有可能吸收环境中的水,而这些氧化膜中的水将被分解以提取氢,并容易在焊缝中产生氢孔;并且Li元素的化学活性很大,很容易燃烧因此镁合金比传统镁合金更难焊接。
3镁合金的激光焊接技术
3.1激光填丝焊电子顺磁共振
激光填丝焊是在激光焊接过程中添加合适的填充焊丝,可提高工件的装配间隙裕度,有效避免焊缝下凹,改善接头焊缝成形。镁合金激光填丝焊接头的性能优于激光自熔焊接头。对AZ31B镁合金分别进行激光焊和激光填丝焊。结果显示,填丝焊接头焊缝区为细小
的等轴树枝晶组织,在枝晶间及晶界处有少量Mg-Al-Zn化合物析出。采用激光填丝焊有利于避免焊缝表面缺陷,有效降低焊缝气孔率。当送丝速度与焊接速度的比值k为0.3~0.4时,焊丝受热熔化形成熔滴,连续均匀、稳定地向熔池中过渡,焊缝成形良好,未出现咬边等缺陷,焊缝晶粒细化,使接头的抗拉强度提高。对细晶粒的AZ91镁合金薄板分别进行激光焊及激光填丝焊,并对接头焊缝的液化行为进行了分析研究。结果显示,焊缝中存在的低熔点β-Mg17Al12相对液化行为的影响较大。自熔激光焊接头半熔化区的液化主要发生在含有块状和亚微米级β-Mg17Al12相的区域。相较于激光自熔焊,激光填丝焊接头焊缝表面未产生下凹,接头中不存在半熔化区,熔合线附近几乎未发生液化现象。
3.2搅拌摩擦焊(FSW)
FSW作为一种固体焊接技术,由于其焊接工具特性和焊接材料的自主封闭系统,可以避免Li元素挥发和与其他气体反应等问题。因此,对于含有低沸点Li元素的镁合金,FSW在焊接领域的应用前景良好。目前,一些研究人员对α + β可溶相镁合金FSW进行了研究。研究表明,采用FSW技术可以焊接镁和锂合金的堆焊结构,接缝表面形成良好,焊缝没有明显
汽车尾气抽排系统的焊接缺陷。接头的排列由alpha和bêta组成,随着热量输入的增加,颗粒大小也会增加。同时,随着热输入的增加,运动类型的机械特性也有所改进。但镁合金本身即使塑性较弱,焊接后接头的塑性仍稍有退化,因此,接驳后的接枝处理表明镁锂合金FSW接头的塑性有所改善,达到96%的基本材料。
3.3激光-电弧复合焊
激光弧焊是w. stein教授在70年代后期开发的一种先进高效的焊接技术。激光电弧复合焊接利用激光和电弧焊接的优点,通过两者的相互作用和高效的材料焊接实现了“1+1 > 2”的焊接效果,激光电弧复合焊接工艺与单激光焊接相比,提高了激光的利用率,焊接工艺稳定,焊接成型质量由于很难将填充材料添加到激光TIG焊接工艺中,因此镁合金焊接过程中可能会出现焊接缺陷,尤其是在焊接厚板、焊接孔等时。激光- MIG复合焊接工艺通过添加激光-电弧协同填充材料来防止焊接缺陷和焊接金属合金化,从而提高了该工艺的适应性。
3.4镁合金与铝合金激光胶接焊技术
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镁合金和铝合金与激光焊接技术在飞机制造中的结合提高了焊接质量,主要是因为镁合金和铝合金属于轻质合金,有机地有助于优化合金的应用性能。但是,在实践中,这可能会影响焊接的顺利进行,因为镁合金和铝合金在焊接金属时可能会有所不同。激光焊接技术是焊接过程中结合激光焊接和粘接的一种新连接技术。采用这种先进的焊接技术,您可以焊接AZ31B镁合金和6061铝合金,创建更薄、更均匀的焊接。添加粘合剂会影响金属接头的分布和形状,而焊接接头中金属接头的数量相对较少,从而提高了焊接接头的焊接性能。事实上,粘合剂主要是有机化合物,无法消除Mg元素和Al元素之间的相互作用。为了有效抑制Mg-Al金属的成分,将金属元素结合成基于复合中产阶级构造的激光熔焊工艺。该技术利用Mg和Fe之间不响应和不可溶的特性,通过有效地去除Mg-Al金属之间的连接,大大提高了焊接接头的性能。
结束语聚氨酯生产工艺
镁合金焊接技术直接影响其作为新一代超轻型合金在空间等领域的应用深度和广度。目前,锂镁合金的使用仍处于初期阶段,既适用于焊接所用的镁合金类型,也适用于其焊接方法,对此需要系统和深入的研究。此外,联接性能分析,特别是疲劳等动态性能分析也
需要改进。此外,焊接过程中镁合金组织演变机制需要进一步研究和研究。通过该系统和对镁合金焊接工艺、组织和性能的深入研究,将促进镁合金在空间等领域的广泛应用,创造更好的社会价值和经济效益。
参考文献
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伺服缸
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