铝镁复合结构焊接与质量控制(2)
镁/铝合金焊接主要有以下难点和问题[1,2] ：
(1)裂纹：在镁合金与铝合金焊接过程中，由于二者的线膨胀系数都较大，Al为23.8×l0-6 /℃ ，Mg为25.8×l0-6 /℃ 。在焊接结束后必然会因为温度的变化而产生应力，这些应力则会引起裂纹的产生。其次，在焊接时高温热输入的条件下，结晶型裂纹也很难避免。
(2)氧化膜：铝合金及镁合金极易被氧化，铝合金在空气中易产生疏松多孔的的氧化膜，镁合金在潮湿的空气中会产生溶于水的氧化膜，这两种氧化膜不仅不能有效的防止合金的进一步氧化，反而会吸收空气中的水分，导致在焊缝中产生气孔等缺陷，破坏接头的性能。因此，在焊接前，表面处理显得极为重要。
(3)气孔：气孔是一种最为常见的且对焊接质量有严重影响的焊接缺陷。焊接时外界的气体或者母材、填充材料熔化产生的气体进入熔池，且气体的逸出速度低于熔池的冷却速度，这些气体将会残留在熔池中形成气孔。且铝吸氢能力强，焊接时很容易产生氢气孔缺陷，极大程度的损坏了接头的质量。
(4)未焊透：焊接时由于热输入等问题会出现镁/铝合金母材之间局部未融合现象。镁合金及铝合金的散热性好，故在焊接时需要慎重选择热输入量。本次试验主要通过调节焊接电流的大小来控制热输入量，若电流太小，则不易焊透；反之若电流太大，则会导致晶粒粗大，焊缝断裂。
(5)金属间脆性化合物：根据图1.1所示Mg-Al二元相图可知，镁和铝在直接反应时会产生大量的金属间化合物，而这种金属化合物的脆性很大，所以容易导致镁/铝合金焊缝的脆裂。
图1.1 Mg-Al二元相图
熔焊作为材料连接方法中的最常见，最普通也是最重要的一种，熔焊以其自身的各种优点被广泛的应用于机械制造业，航空航天等工业中。如果能将熔焊技术运用到镁合金和铝合金的焊接，实现二者高质量的连接[3]，那么熔焊技术将在理论和实际生产中发挥巨大作用，熔焊技术的重要性也将得到进一步的提高，而镁/铝合金将因此得到更广泛的应用。
本文将以熔焊为基本试验方法，设计并使用MIG焊接工艺来实现镁合金及铝合金的连接，并使用Zn作为夹层辅助焊接，通过改变焊接工艺参数进行焊接试验，对比不同条件下的到的焊接接头，得出最佳的焊接参数，最终得到高品质的接头。
1.2 镁/铝及其合金的应用
镁合金密度小，具有抗震性好、耐腐蚀、机械加工性能好等有点且回收性好，被称为21 世纪的环保轻金属结构材料。镁合金作为高性能的轻金属材料，迅速崛起。随着工业的发展，需求量保持快速增长，在航空航天、汽车制造、医药化工以及电子工业等行业中得到广泛的应用。
铝合金因其一系列良好的物理性能，在航空航天、汽车制造、电子及化学工业中得到广泛的应用。此外在建筑、包装等领域也得到了大量的应用。随着这些相关产业的不断发展壮大，铝合金材料的发展已经形成一个产业链，逐渐成为需求量最大的轻金属材料。由于其具有容易回收处理的优点，被视为一种绿色环保材料。
综上所述，镁合金及铝合金依靠其的各种优秀性能在当下有着举足轻重的地位，随着科技、工业的发展，需求量在不断增大，镁合金及铝合金的研究具有相当大的价值。
1.4 课题研究内容
本文利用MIG焊接工艺特点，针对AZ31B镁合金和7020铝合金两种常见的异种金属，采用Zn作为中间夹层辅助焊接。采用对接接头的方式，将板材开60°坡口进行焊接。通过观察分析焊缝表面的成形情况以及焊接接头各个区域的微观组织的金相，检测接头的强度、硬度等力学性能，分析焊缝中产生的裂纹以及气孔等缺陷，对用锌夹层辅助焊接得到的接头进行评估。主要研究内容如下：