周曉燕　王儉辛

【摘 要】綜述了熱處理對鎂合金焊接接頭性能的影響研究現(xiàn)狀，熱處理可以使AZ31B鎂合金板的焊接接頭的力學性能提高，隨著退火溫度的升高，AZ31B鎂合金攪拌摩擦焊接接頭前進側(cè)和后退側(cè)的分界線逐漸消失，熱影響區(qū)的顯微硬度略有下降。熱處理可提高AZ31B鎂合金板的的抗拉強度和延伸率。

【關(guān)鍵詞】熱處理；鎂合金；焊接接頭

0.引言

鎂資源是21世紀的重要戰(zhàn)略物資，世界各國高度重視鎂合金的研究與開發(fā)。鎂合金在汽車、計算機、通信及航空航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，必將面臨連接問題，焊接是一種優(yōu)選的連接方案。深入認識鎂合金的性能特點，掌握其焊接性能和焊接方法是提高鎂合金焊接質(zhì)量的有效途徑。

1.鎂合金及其性能特點

鎂屬于輕金屬，地殼中鎂含量豐富，約占地殼組成的2.5%。鎂的熔點為650℃、鎂的密度為1.7g/cm3；鎂的標準電極電位為-2.36，性質(zhì)較活潑，用作結(jié)構(gòu)材料必須合金化，以防止在空氣中自燃。鎂合金具有密度低、比強度高、阻尼性好、導熱性好、電磁屏蔽性好、加工性優(yōu)異等性能特點。

2.鎂合金的焊接性能

鎂合金密度低，熔點低，熱導率和電導率大，熱脹系數(shù)大，化學活潑性很強、易氧化，且氧化物的熔點很高，因此鎂合金在焊接過程中會產(chǎn)生如下問題鎂合金在焊接過程中會遇到如下問題：

2.1粗晶問題。鎂合金熱傳導率較大，焊接時需要較大的熱源，焊縫附近出現(xiàn)金屬過熱和晶粒長大的現(xiàn)象。

2.2氧化、氮化和蒸發(fā)。高溫下，鎂容易被氧化、氮化生成夾雜物，破壞接頭的性能。另外，鎂的沸點只有1100℃，焊接時很容易蒸發(fā)。

2.3變形和下塌。鎂的熱膨脹系數(shù)比較大，高溫電弧下很容易產(chǎn)生較大變形并引起很大的熱應(yīng)力。同時，鎂的表面張力很小，容易形成塌陷。

2.4氣孔。氫氣在鎂中的溶解度隨溫度升高而增大，焊接時，氫氣進入鎂中，同時，鎂的密度小，氣體不易逸出。這樣，焊接過程會形成氣孔。

2.5熱裂紋。鎂合金焊接時，組織中低熔點化合物首先熔化，出現(xiàn)空穴或者晶界氧化現(xiàn)象，即產(chǎn)生了熱裂紋。

2.6燃燒。高溫下操作時，即使在氣氛保護下，鎂合金焊接時仍會產(chǎn)生大量氧化鎂濃煙及臭氧，甚至出現(xiàn)飛濺、燃燒等劇烈的氧化現(xiàn)象，操作要十分小心。

3.熱處理對鎂合金焊接接頭性能的影響

由于鎂合金在焊接時存在上述特點，目前針對如何改善焊接接頭組織結(jié)構(gòu)和提高接頭的性能方面有大量的研究。

3.1熱處理對AZ31B鎂合金板材TIG焊接力學性能的影響研究成果

Ya-jie Chu[5，6]等人通過熱處理的方法來提高AZ31B氣體保護鎢極氬弧焊的性能。經(jīng)由光譜掃描電鏡和光學顯微鏡研究焊接接頭的微觀組織。通過拉伸試驗和硬度試驗研究熱處理對焊接接頭機械性能的影響。結(jié)果表明，經(jīng)過熱處理后的焊縫的拉伸強度可達到母材的92%，比未經(jīng)過處理前有明顯提高。這主要歸功于融合區(qū)的等軸晶粒結(jié)構(gòu)，熱處理后枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶粒，枝晶偏析有效的消除。

3.2熱處理對AZ31B鎂合金板材FSW焊接結(jié)構(gòu)性能的影響研究成果

郭韡[7，8]等人對AZ31B鎂合金進行攪拌摩擦焊接及焊后熱處理，研究了熱處理前后焊接接頭顯微組織及顯微硬度的變化規(guī)律。結(jié)果表明：

隨著退火溫度的升高，AZ31B鎂合金攪拌摩擦焊接接頭前進側(cè)和后退側(cè)的分界線逐漸消失；在熱處理過程中，由于焊核區(qū)所吸收的能量主要用于晶粒的長大，而熱影響區(qū)和熱機影響區(qū)結(jié)合區(qū)域在再結(jié)晶時消耗了較多的能量，導致了焊核區(qū)晶粒的長大速率大于熱影響區(qū)和熱機影響區(qū)結(jié)合區(qū)域的。

當退火溫度低于200℃時，熱機影響區(qū)的顯微硬度高于焊核區(qū)，并且前進側(cè)熱機影響區(qū)的顯微硬度略高于后退側(cè)的；當退火溫度高于250℃后，熱機影響區(qū)的顯微硬度顯著下降；隨著退火溫度的升高，熱影響區(qū)的顯微硬度略有下降。焊后熱處理可以顯著改善焊接接頭的力學性能。

當攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度為600r·min-1，焊接速度為47.5mm·min-1，接頭的抗拉強度為168MPa，延伸率為3.6%。熱處理后，接頭的抗拉強度和延伸率最高可達205MPa和8.6%，比熱處理前分別提高22.02%和138.89%；接頭的最佳熱處理工藝為：退火溫度250℃，保溫1h；隨著退火溫度的升高，焊核區(qū)晶粒的長大速度大于熱影響區(qū) /熱機影響區(qū)混合區(qū)域（HAZ/TMAZ）。當退火溫度高于250℃時，焊接接頭的拉伸斷口主要為扁條狀韌窩，呈現(xiàn)出微孔聚合韌性斷裂特征。

4.熱處理對鎂合金板材焊接結(jié)構(gòu)性能的影響研究存在的問題

4.1目前熱處理對鎂合金板材焊接結(jié)構(gòu)性能的影響研究對象僅為AZ31B，對于其他型號的鎂合金如：AZ91D、AM60B、AM50A、AS41B等的研究還不夠。

4.2鎂合金的焊接方法主要有鎢極惰性氣體保護焊（ TIG）、熔化極惰性氣體保護焊（ MIG）、攪拌摩擦焊（FSW）、激光焊（LBW）、電子束焊（EBW）和電阻點焊等（RSW）。但是目前對鎂合金焊接接頭進行熱處理后接頭力學性能的研究僅限與TIG和FSW。對于鎂合金的其他焊接方法缺少焊后熱處理的研究

4.3目前有熱處理對鎂合金焊接接頭沖擊韌性的研究還比較少。

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