朱政強，陳 昊，朱云明，郭玉坤，孫 亮

（南昌大學，南昌 330031）

隨著人們對航空出行需求的日漸增加，環(huán)境保護和飛行安全越來越重要，飛行器的節(jié)能減排和結(jié)構(gòu)功能一體化成為航空業(yè)的新要求。鋁合金有輕質(zhì)、耐腐蝕和加工性能好等優(yōu)點，是許多制造行業(yè)使用的工程材料；鎂合金有優(yōu)秀的延展性和耐腐蝕性能，其密度僅為鋁的2/3，具有比強度高、密度低、可回收等優(yōu)點[1]。鋁合金和鎂合金被廣泛應(yīng)用于飛行器和汽車零部件的減重設(shè)計中，鋁/鎂的復合應(yīng)用存在巨大潛能。焊接是利用加熱或加壓的方式使同種或異種材料產(chǎn)生原子間結(jié)合，實現(xiàn)材料加工和連接的方法，焊接技術(shù)是航空航天精密器件制造中不可或缺的一部分。為了保證航空航天的焊接質(zhì)量，必須采用合適和先進的焊接方法。在航空工業(yè)中結(jié)合使用鋁、鎂及其合金能提高設(shè)計的靈活性，鋁/鎂的復雜結(jié)構(gòu)將最大程度發(fā)揮材料各自的性能，充分利用這兩個材料的優(yōu)點是當前熱門研究主題[2]。研究實現(xiàn)鋁/鎂異種金屬良好連接，將使鋁、鎂輕金屬更廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造。

1 鋁/鎂焊接性分析

鋁與鎂的焊接屬于異種金屬焊接，其效果除了會受到材料本身理化性能的影響外，還會受兩種母材理化性能差異的影響。鋁、鎂兩種金屬都有較低的熔點，導致鋁/鎂在焊接時容易出現(xiàn)元素的蒸發(fā)燒損現(xiàn)象，且由于較大的線膨脹系數(shù)使得焊接時容易在焊接接頭處發(fā)生變形[3]，如表1 所示。由圖1 典型的Mg–Al 二元平衡相圖可知，鎂和鋁在液態(tài)時可以無限互溶。在438 ℃和450 ℃時分別發(fā)生L→Mg+Mg17Al12和L→Al+Mg2Al3共晶反應(yīng)[4]。焊接過程中較大的冷卻速度使得Mg–Al 脆性金屬間化合的形成區(qū)間較平衡狀態(tài)進一步擴大。因此，焊接過程中極易形成Mg17Al12和Mg2Al3等脆硬金屬間化合物，導致焊縫組織不均勻及局部裂紋和應(yīng)力集中，嚴重影響鋁/鎂焊接接頭的力學性能。

圖1 Al/Mg 二元相圖[4]Fig.1 Al/Mg binary phase diagram[4]

表1 Al、Mg 基本物理性質(zhì)Table 1 Al, Mg basic physical properties

2 研究現(xiàn)狀

2.1 激光焊接

激光焊接具有熱影響區(qū)小、質(zhì)量穩(wěn)定、焊接變形小、自動化程度高及可實現(xiàn)異種材料的焊接等優(yōu)點，是一種高效且精密的焊接方法[5]。激光焊接在航空工業(yè)中主要應(yīng)用于飛機大蒙皮拼接及機身附件裝配。

為了研究鋁/鎂激光焊接熔池中的反應(yīng)，Ren 等[6]進行了數(shù)值計算，并使用Ansys Fluent 仿真發(fā)現(xiàn)熔體中高于共晶溫度710 K 后，溫度升高會導致金屬間化合物（Intermetallic compounds，IMCs）大量生成，成功預測了IMCs 的厚度，并建議在Al–Mg 界面處插入第3 種材料，預期IMCs可最小化或完全消除。麻丁龍[7]和張書邁[8]等分別用Zn 和Ni 作用鋁/鎂激光焊接的中間層，發(fā)現(xiàn)第3種材料的插入能很好地抑制Al–Mg系IMCs 生成，Ni 能以一種橋梁的形式雙向連接鋁/鎂基體，Zn 生成的Mg–Zn 系化合物能明顯減少Mg–Al系化合物生成，并隨著Zn 夾層厚度增加，界面連續(xù)分布得到改善，斷裂方式也由解離向混合斷裂過渡。在插入Ni 作為中間層的基礎(chǔ)上，Shah等[9]在Mg/Al 異種金屬激光焊接中使用了擺動的激光束，發(fā)現(xiàn)對比線性的激光束，激光束擺動后獲得了性能更好的焊接接頭并有效減緩了Ni 的燒穿。

在激光焊接基礎(chǔ)上，發(fā)展了激光–MIG 復合焊接，不僅能改善常規(guī)激光焊接中的元素燒損，還能有效減少焊接氣孔和裂紋[10]。在激光–MIG 復合焊接工藝的研究中，王志敏[11]發(fā)現(xiàn)焊縫熔深和激光功率密切相關(guān)，而焊接電流對焊縫熔寬有很大影響。Leo 等[12]發(fā)現(xiàn)在激光– MIG復合焊接中，激光和電弧不同比例的能量輸入對焊縫界面處的組織和缺陷有很大影響，激光能量占主導地位時能細化焊縫的晶粒，但加劇了鎂元素的燒損；電弧能量占主導地位時能促進母材金屬的熔化，提高母材對激光的吸收率，而不穩(wěn)定的電弧會增加焊縫寬度，因此合適的能量比例可以減少焊縫中的幾何缺陷，并且能夠細化焊縫中晶粒的尺寸。

在進一步的激光–MIG 復合焊接研究中，Meng 等[13]使用純Ti 作為中間層，使用擺動的激光束，發(fā)現(xiàn)在Ti/Al 界面處Ti 原子優(yōu)先與Al 原子反應(yīng)，形成了厚的Al–Ti 化合物層，而在Ti/Mg 界面處Ti 與Mg 不發(fā)生冶金反應(yīng)，消耗掉了大部分的Al 熔體，有效阻礙了液態(tài)Mg 與Al 的直接接觸，最終在界面處形成薄Al–Mg 和厚Al–Ti 兩層界面。激光擺動頻率在60～120 Hz 時，激光能量分布得到改善，界面處形成的Al–Mg 系IMCs 也減少，如圖2 所示，當擺動頻率為90 Hz 時，焊接剪切力達到了3.3 kN。

圖2 擺動頻率對Al/Mg 異種材料搭接焊縫剪切力的影響[13]Fig.2 Effect of oscillating frequency on shear force of Al/Mg dissimilar lap-weld[13]

綜上所述，使用合適的激光焊接工藝參數(shù)能優(yōu)化焊接質(zhì)量，提高接頭強度，但仍然不能阻止鋁/鎂金屬間化合物的形成，使用能固溶于或與Al、Mg 發(fā)生反應(yīng)的金屬或合金作為中間層能有效減少鋁/鎂金屬間化合物的生成，而對激光焊接方法的創(chuàng)新和復合將充分發(fā)揮各熱源的優(yōu)勢，改善焊縫質(zhì)量，提高焊接強度。

2.2 TIG 焊

TIG 焊有惰性氣體的保護，焊接過程有效隔絕環(huán)境中的氧、氮、氫等元素進入焊縫，電弧熱量相對集中，焊縫具有雜質(zhì)少，變形小等優(yōu)點[14]。劉政軍等[15]對填充鋁焊絲與填充鋅焊絲的Mg/Al 的TIG 焊進行對比，發(fā)現(xiàn)填鋁焊絲時Mg 側(cè)過渡層形成了大量Mg17Al12和Mg2Al3，焊接接頭容易斷裂，填鋅焊絲時靠近Al 側(cè)形成了5 μm 固溶體層，焊接性能得到改善。說明Zn 的添加能有效阻止Al–Mg 金屬間化合物的形成。而關(guān)于Zn 的合適添加量的研究較少，Gao 等[16]在6061 鋁合金與AZ31B鎂合金TIG 焊中使用0.1～0.5 mm 的純Zn 箔作為中間層，發(fā)現(xiàn)Zn 中間層厚度對Al/Mg 焊接接頭性能有顯著影響，不同的Zn 添加量焊縫區(qū)中IMCs 的類型和分布并不相同，Zn 中間層超過一定的厚度會導致焊接力學性能降低。

對于TIG 焊工藝進一步運用，Lü 等[17]使用Zn–xAl 釬料改變Al的質(zhì)量分數(shù)對AZ31/6061 進行激光–TIG 復合焊接研究，發(fā)現(xiàn)添加適量的Al 元素能強化熔合區(qū)并抑制脆性相生成，而添加過多的Al 元素對接頭力學性能有害。與此同時，Lü 等[18]用Zn 作為填充金屬使用不同激光–電弧距離（Distance between the laserplane and arc-plane，DLAP）（圖3）的激光輔助TIG 復合焊接方法進行Mg/Al 焊接，通過改變激光與電弧之間的橫向距離，提高了填充金屬的潤濕性，很好地控制了金屬間化合物的數(shù)量。隨著橫向偏移距離從0 增加到2 mm，如圖4 所示，填充金屬的潤濕寬度從2.13 mm 增加到3.49 mm，反應(yīng)深度從0.91 mm 減小到0.66 mm，過高的TIG 焊接頭深寬比會導致接頭結(jié)合面積不足，界面金屬間化合物更脆，從而導致接頭性能降低，如圖5 所示[18]，在深寬比為0.19 時接頭強度最高。

圖4 不同DLAP 焊接接頭的熔深、潤濕寬度和比值[18]Fig.4 Reaction depth (D), spread width (W) and depth-to-width rate of dissimilar joints made with different DLAP[18]

圖5 不同DLAP 焊接接頭力學性能[18]Fig.5 Mechanical properties of dissimilar joints made with different DLAP[18]

TIG 焊是當今主要焊接方法之一，焊接氣密性好且能很好地控制熱輸入。實踐證明，用交流TIG 焊焊接鋁/鎂異種合金能獲得滿意的焊接質(zhì)量。TIG 焊接有焊縫熔深淺、熔敷率小、生產(chǎn)效率低等缺點，復合焊接工藝的發(fā)展能使TIG 焊接獲得更廣泛的運用。

2.3 攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊的焊接殘余應(yīng)力和變形小，且不受母材物理化學性質(zhì)的限制，對克服異種材料焊接問題顯示出巨大優(yōu)勢，特別適用于焊接鋁/鎂異種低熔點合金[19–20]。在航空制造業(yè)中被廣泛應(yīng)用于飛機蒙皮、翼助、地板和結(jié)構(gòu)件的裝配。

在攪拌摩擦焊接時，焊接速度和攪拌頭轉(zhuǎn)速是關(guān)鍵工藝參數(shù)，控制焊接熱輸入，焊接速度的提高可以細化晶粒促進強化相的形成，攪拌頭轉(zhuǎn)速在熱產(chǎn)生、材料混合和IMCs 形成中起著重要的作用[21–22]。Gan 等[23]研究使用Zn 和不使用Zn 中間層攪拌摩擦搭接焊的對比，發(fā)現(xiàn)Zn 夾層的引入改變了IMCs 的類型，接頭內(nèi)的Al–Mg 系IMCs 被Mg–Zn 系IMCs和Al–Mg–Zn 三元共晶組織所取代，接頭抗拉剪切強度提高，Mg–Zn 共晶組織雖然硬脆，但Mg–Zn 第二相粒子彌散分布的特點可以限制裂紋的形成和擴展。同理，Zheng 等[24]研究Sn 夾層對鋁鎂攪拌摩擦焊接頭的影響，發(fā)現(xiàn)接頭中形成的Mg2Sn抑制了Al/Mg 間金屬化合物的生成。除了引入第3 種金屬元素，還可以考慮設(shè)計新的對接方式，Xu 等[25]使用鋸齒聯(lián)鎖對接接頭，發(fā)現(xiàn)在新型對接接頭中，Mg 側(cè)界面呈現(xiàn)彎曲互鎖特征，金屬間化合物可降至10 μm 以下，創(chuàng)新對接接頭的接頭強度是常規(guī)對接接頭的3 倍以上。

而在較高的焊接速度和旋轉(zhuǎn)速度下仍然很難實現(xiàn)異種Al/Mg 合金的焊接，因為材料流動性差，導致材料填充不良且在焊接接頭底部產(chǎn)生大量微孔缺陷。Jiang 等[26]使用脈沖電流輔助攪拌摩擦焊（FSW）（圖6），脈沖電流的引入加劇攪拌區(qū)中Al、Mg、IMCs 的混合，脈沖電流產(chǎn)生的高熱能和高應(yīng)變能提高了原子的擴散速率，消除了常規(guī)Al/Mg 攪拌摩擦焊產(chǎn)生的裂紋和氣孔等缺陷，有效抑制了帶狀組織區(qū)和Al–Mg 界面金屬間化合物的聚集和形成，在脈沖電流為500 A 時，與無脈沖電流對比，斷口由脆性斷裂變?yōu)榇嘈院晚g性的復合斷裂模式。如圖7 所示[26]，在900 r/min時，隨著脈沖電流的增加，拉伸強度增加到215.7 MPa，而常規(guī)攪拌摩擦焊接接頭的最大拉伸強度為102.3 MPa。

圖6 脈沖電流輔助FSW 系統(tǒng)示意圖[26]Fig.6 Schematic of pulse current assisted FSW system[26]

圖7 轉(zhuǎn)速和焊接速度固定下焊接電流的應(yīng)力–應(yīng)變曲線[26]Fig.7 Stress–strain curve of welding current under fixed welding speed and rotational speed[26]

Zhao[27]和Kumar[28]等 使 用 超聲波輔助攪拌摩擦焊（Ultrasonic vibration enhanced FSW，UVeFSW）對6061 鋁和AZ31B 鎂合金進行焊接試驗（圖8），對不同區(qū)域進行焊接組織表征，并與不加超聲輔助的攪拌摩擦焊進行對比，發(fā)現(xiàn)超聲輔助能有效增強攪拌區(qū)內(nèi)物質(zhì)的流動，改善Al/Mg 材料的機械互鎖，破碎金屬間化合物并抑制其形成。比較Al/Mg 超聲波輔助攪拌摩擦焊焊接接頭上、中、下3 個部位的抗拉強度、斷裂韌性和斷裂位置（圖9[28]），發(fā)現(xiàn)接頭底部存在大量的IMCs，是焊縫中最薄弱的位置，也是拉伸試驗中開裂的源頭，Al/Mg 界面和帶狀區(qū)的IMCs 都是裂紋產(chǎn)生的來源，是造成接頭脆性的主要原因，超聲振動輔助不僅可以增加攪拌區(qū)中物質(zhì)流動來改善Al/Mg 異種焊接的機械互鎖，而且可以通過降低Al/Mg 結(jié)合界面上的IMCs 的厚度來提高冶金結(jié)合強度。

圖8 超聲波輔助FSW 系統(tǒng)示意圖[27]Fig.8 Schematic diagram of ultrasonic assisted FSW system[27]

圖9 不同焊接條件下焊縫的斷裂位置[28]Fig.9 Fracture positions of weld joints under different welding conditions[28]

Al–Mg 系 的IMCs 的 形 成 由 冶金反應(yīng)主導，這與局部成分、反應(yīng)溫度和應(yīng)變速率等有關(guān)，因此只要控制反應(yīng)條件，理論上可以抑制IMCs 的生成。攪拌摩擦焊作為一種固態(tài)連接方法，可以有效消除Al/Mg 焊接氣孔和裂紋缺陷，并能促進Al、Mg、IMCs 的均勻分布，但仍面臨焊接成形性差、接頭強度較低、金屬間化合物層較厚等挑戰(zhàn)。超聲輔助攪拌摩擦焊是近年的研究熱點，因為超聲波輔助能增強攪拌摩擦焊攪拌區(qū)中材料的流動，破壞Al–Mg 界面和帶狀區(qū)厚IMCs 的形成，從而減少氣孔和裂紋，提高接頭強度。

2.4 超聲波焊

超聲波焊具有焊接效率高、焊接時間短、能量消耗少等優(yōu)點，利用超聲波高頻振動驅(qū)動試樣相互摩擦升溫和焊接界面塑性變形而實現(xiàn)有效連接，是一種很有前途的焊接技術(shù)[29]。高頻振動和高應(yīng)變率促進了界面元素的相互擴散，高的焊接壓力會導致振動幅度的衰減，而較小的焊接壓力會導致板材之間的相對滑動，此外，焊接質(zhì)量還取決于焊接時間、焊接能量和焊接的位置[30]。李銘鋒等[31]對Mg/Al 超聲波焊接界面進行分析，發(fā)現(xiàn)焊接接頭強度隨著焊接能量的增加先增加后減小，在最佳焊接能量時，接頭的失效形式為韌性斷裂，鋁合金熔核拔出；焊接能量過大時焊點邊緣會出現(xiàn)大量裂紋，接頭呈脆性斷裂，Mg–Al 界面形成厚的IMCs 層。稀土鎂合金是近年研究熱點，稀土鎂合金與鋁合金焊接的研究也越來越多，Macwan 等[32]研究了ZEK100 稀土鎂合金和5754 鋁合金的超聲波焊接，在焊接能量為500 J時，ZEK100–Al5754 拉伸剪切載荷最大達到2.2 kN，而使用Sn 中間層的AZ31/Al5754 焊接在能量1000 J時，達到的最大拉伸剪切載荷僅為1.8 kN，與AZ31 相比，ZEK100 有更高的塑性和延展性，在較低的超聲波焊接能量下界面元素有更好的流動性，此外，ZEK100 中Al 的質(zhì)量分數(shù)更低，濃度梯度更大，因此在Mg 側(cè)形成更薄的IMCs 層。

Gu 等[33]使用超聲點焊技術(shù)，利用Zn 作為中間層將Mg/Al 異種金屬連接在一起，系統(tǒng)研究了Mg/Zn/Al 超聲波焊接接頭的界面形成、顯微組織、力學性能和斷裂機理，如圖10 所示，Zn 中間層的加入成功地阻止了Mg 和Al 原子的相互擴散，有效地避免了Mg–Al 系IMCs 的產(chǎn)生。形成的Mg–Zn 體系和Zn–Al 固溶體具有更好的性能和更低的脆性。相比之下，有Zn 夾層的Mg/Al 焊接接頭的最大抗拉伸剪切強度比無Zn 夾層的接頭高約89.6%[33]。

圖10 Mg/Zn/Al 接頭界面的XRD 譜圖[33]Fig.10 XRD patterns obtained in interfaces of Mg/Zn/Al joints [33]

超聲波焊接技術(shù)與其他壓焊技術(shù)相比，要求壓力較小，變型量通常在10%以下，焊接后導電性好，電阻系數(shù)極低，不會造成工件的破壞。在Mg/Al 焊接的應(yīng)用中，超聲波沖擊可以破碎鎂鋁表面的氧化膜，實現(xiàn)鎂鋁的有效連接，故在當前研究的新型Mg/Al 焊接工藝中，超聲波被廣泛應(yīng)用，而超聲波焊接的零件不能太厚、焊點不能太大。

2.5 磁脈沖焊

磁脈沖焊接技術(shù)具有焊接接頭性能好、焊縫質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高和綠色智能環(huán)保等一系列優(yōu)點，在航空航天鋁合金、鎂合金和鈦合金同種或異種材料的焊接領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景[34]。原理如圖11 所示[35]，利用真空開關(guān)的閉合實現(xiàn)對電磁線圈的瞬間放電，形成脈沖電流，通過電磁感應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為工件動能使兩工件相對高速碰撞，最終實現(xiàn)金屬冶金結(jié)合。

圖11 磁脈沖焊接[35]Fig.11 Magnetic pulse welding[35]

朱聰聰?shù)萚36]使用30 kJ、35 kJ 和40 kJ 3 個放電能量進行AZ31–7071Al的磁脈沖焊接，發(fā)現(xiàn)焊接界面呈正弦波形界面和平直界面，因為碰撞角和碰撞速度是不斷變化的，不同位置的界面形貌不同，在35 kJ 時在焊接界面處形成了2 μm 的擴散區(qū)域，未形成IMCs 層，因為焊接時間短，Al–Mg界面元素含量未達到形成化合物的比例。Chen 等[37]使用4 kV、4.5 kV和5 kV 的放電電壓研究Mg/Al 磁脈沖焊接過程的組織演化，隨著放電電壓從4 kV 增加到5 kV，波形界面變得更加規(guī)則和平滑，當放電電壓為5 kV 時，越靠近Al–Mg 界面晶粒的尺寸越小，說明磁脈沖焊接是動態(tài)再結(jié)晶過程。Zhu 等[35]研究了磁脈沖焊接Al/Mg 接頭的組織特征和力學性能，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，Al/Mg 的磁脈沖焊接接頭的拉剪力可達Al 母材的97%，結(jié)果表明，磁脈沖焊接不僅能在界面處形成機械互鎖波形界面，通過塑性變形細化晶粒，還能促進界面處的元素擴散實現(xiàn)金屬鍵合。焊接界面溫度雖然達到了熔化溫度，但磁脈沖焊接過程僅發(fā)生在幾十μs 之間，并且磁脈沖焊接冷卻速度極快，因此雖然有少量的IMCs生成，但是在界面處沒形成明顯的IMCs 層。

采用磁脈沖焊接技術(shù)可以有效避免Mg/Al 焊接過程中裂紋、氣孔等缺陷的形成和偏析的發(fā)生，獲得具有良好界面結(jié)合性能和高性能異種金屬焊接接頭。但脆性工件可能會因為沖擊而破裂，并且電磁可能會對焊件內(nèi)部或附近存在的電子器件產(chǎn)生EMP 效應(yīng)。受焊件的幾何形狀和材料的限制，如果焊件無法滑入或滑出脈沖線圈，則必須設(shè)計更復雜的脈沖線圈。

2.6 其他焊接方法

電阻點焊可以通過控制焊接電流、焊接時間和焊接壓力等工藝參數(shù)來提高接頭強度，也可以通過優(yōu)化焊接時序和電極頭形貌來很好地改善焊接質(zhì)量，鋁/鎂電阻點焊是一個復雜的焊接過程，但是鋁/鎂直接電阻點焊焊接會產(chǎn)生大量氣孔裂紋等缺陷，因此目前鋁/鎂電阻點焊的研究中多使用中間層。Penner 等[38]使用Ni 作為中間層提高Al/Mg 電阻點焊強度的方法，并與鍍金的Ni 作中間層的相對比，發(fā)現(xiàn)鍍金Ni 夾層能更好地抑制Al–Mg 間IMCs 的形成。Sun 等[39]使用鍍Sn 鋼作為中間層，如圖12 所示，不僅有效防止了Al–Mg 界面金屬間化合物和裂紋氣孔的形成，同時實現(xiàn)了強度更高的Al/Mg電阻點焊接頭。機械加載過程的失效發(fā)生在鋁合金側(cè)母材，遠離鋁合金與鍍錫鋼中間層界面?？梢?，在鋁/鎂電阻點焊試驗中使用高熔點的中間層，能在焊接過程中阻礙鋁/鎂金屬液相間的接觸，阻礙金屬間化合物的形成。因此，使用高熔點中間層的鋁/鎂異種合金電阻焊是一種很有前途的方法。

圖12 Al/Mg 接頭的熔核截面[39]Fig.12 Typical nugget cross sections of Al/Mg joint[39]

擴散焊連接技術(shù)是指在一定的溫度和壓力下，將母材緊壓一起置于真空或保護氣體中加熱至母材熔點以下，使原子擴散而形成牢固結(jié)合的一種連接方法[40]。擴散焊接技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了直升機的鈦合金旋翼，飛機的大梁，以及發(fā)動機機匣和整體的渦輪等方面。Liu 等[41]采用真空擴散焊接方法研究Mg/Al 焊接過程中的組織演化、擴散行為和力學性能，發(fā)現(xiàn)在金屬發(fā)生鍵合的初始階段沒有形成Al–Mg 金屬相，隨著擴散溫度和保溫時間的增加，Al3Mg2相和Al12Mg17相出現(xiàn)并形核長大，過渡層顯微硬度明顯大于母材，剪切強度隨著IMCs 的增加而降低，通過控制擴散溫度和保溫時間可大幅提高擴散焊焊接接頭的強度。

電子束焊接技術(shù)在航空航天制造業(yè)中可用于發(fā)動機結(jié)構(gòu)和重要部件異種材料的有效焊接。電子束焊接技術(shù)擁有能量密度高、精確度高、質(zhì)量穩(wěn)定、變形小等優(yōu)點[42]。徐俊珂[43]和 張 占 偉[44]等 對Al–Mg–Si系鋁合金電子束焊焊接接頭的顯微組織和力學性能進行研究，發(fā)現(xiàn)增加電子束流可有效增加焊縫熔深和熔寬，焊縫區(qū)主要由柱狀晶和等軸晶組成，焊接速度對接頭抗拉強度的影響最大。陳金秋等[45]對AZ31 鎂合金電子束焊接頭分析發(fā)現(xiàn)其他參數(shù)不變，增加聚集電流會引起焊縫宏觀形貌發(fā)生顯著變化，焦點偏離表面聚集位置越遠，焊縫的熔寬越大，熔深越小。Chen 等[46]研究發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整電子束焊接電流的掃描波形能有效改善焊縫強度，針對不同的焊接材料可以選用合適的波形。由于鋁/鎂焊接過程中鎂元素燒損和使用成本等原因，電子束焊接技術(shù)在Al/Mg焊接中目前沒有大范圍的應(yīng)用。

3 結(jié)論

焊接技術(shù)是航空航天領(lǐng)域的重要連接技術(shù)，在促進航空航天制造技術(shù)的發(fā)展、實現(xiàn)飛行器的減重中發(fā)揮越來越重要的作用。近年來，國內(nèi)外眾多學者對鋁/鎂異種金屬焊接開展大量研究，主要集中在以下4 點。

（1）優(yōu)化焊接參數(shù)。試驗證明使用仿真模擬與試驗相結(jié)合的方法能極大地優(yōu)化焊接參數(shù)，很大程度上提高Al/Mg 焊接的接頭強度。此外，對焊接工藝的創(chuàng)新使用如在激光焊中使用擺動的激光束，電子束焊接中使用不同的掃描波形，也能很大程度上改善Al/Mg 焊接質(zhì)量。

（2）引入中間層元素。試驗表明，使用Ni、Ti、Sn、Cu、Ag、Zn 和高熵合金等中間層能對接頭中IMCs種類、數(shù)量及分布進行調(diào)控，進一步提高接頭強度。

（3）使用固態(tài)焊接方法。固態(tài)焊接方法熱量輸入小，焊接參數(shù)精準可控，如磁脈沖焊接、超聲波焊接、攪拌摩擦焊接等，能有效限制Al/Mg間IMCs 的形成。

（4）使用復合焊接工藝。如激光–電弧復合焊、脈沖電流輔助攪拌摩擦焊和超聲波輔助攪拌摩擦焊等，能在焊接過程中破碎焊縫中樹枝晶和柱狀晶，使晶粒細化和均勻分布，達到提高接頭強度的目的。此外，在具有熔池的焊接工藝中使用超聲波輔助工藝能促進元素相互流動擴散，破碎異種金屬之間形成的有害中間相，此種方法已在近年鋁/鋼焊接的試驗中得到應(yīng)用。

綜上所述，未來Al/Mg 異種合金焊接中使用適當?shù)暮附臃椒ā⑦x用合適的輔助工藝從而控制金屬間化合物的形成和形態(tài)分布仍將成為研究的熱點。實現(xiàn)高質(zhì)量、高生產(chǎn)效率和低成本的Al/Mg 焊接仍然是未來工業(yè)生產(chǎn)的研究重點。