Page 89 - 结构装备施工技术分析与研究

» 第三章 焊接热处理技术

二、镁合金交流钨极氩弧焊工艺

（一）概述
近年来，随着高新科学技术的快速发展，对焊接工艺和焊接质量提出了更高的要

求，在结构轻量化及环保问题需求的推动下，镁合金材料在汽车制造业、国防军工业、
航空航天和高铁等领域中的应用越来越受青睐。镁合金材料与其他金属结构材料相比，
具有低密度、高比强度、高比刚度、好的导热性和可回收性等优点，除此之外，镁合
金还具有较好的切削性、散热性和减震性。目前，镁合金材料及其焊接技术的发展得

到了快速的发展。许多科研工作者做了很多镁合金不同焊接方法的研究，并取得了一
些重要的研究成果。吴晓明等使用 TIG 焊接 AZ33M 镁合金，焊缝的力学性能优于母材。
Fujie 等使用直流脉冲 MIG 电弧焊焊接 1.6mm 的 AZ31 镁合金板，以 AZ61 为填充金
属，焊缝的力学性能得到了有效的提高。张华等通过搅拌摩擦焊焊接 2.5mm 的 AZ31

镁合金薄板，焊缝具有良好的力学性能。全亚杰等分析了镁合金激光焊接时存在的缺
陷，通过选择合适的工艺参数，提供良好的焊接外部条件，得到了焊缝质量优异的焊
接接头。

不同焊接方法和焊接设备的使用提高了镁合金焊接接头的力学性能，但是焊缝的
质量依托于母材的力学性能。因此，为了使得镁合金具有更好的焊接性能，有效地提
高镁合金的强度和耐热性，在镁合金中添加稀土元素，目前主要的研究应用体系分为：

Mg-Gd-Nd，Mg-Gd-Y 和 Mg-Gd-Sc 合金体系。其中 Mg-Gd-Y 体系由于价格低，综合
性能优良成为镁稀土合金研究的热点，Mg-Gd-Y 合金体系有很高的耐热性，热稳定
性更好，这主要由于稀土金属 Gd 的室温强化和高温强化效果更好，而 Y 能够提高材

料的塑性和籾度，稀土元素的一部分固溶在镁基体中强化晶粒，阻碍了位错的滑移使
其变形抗力增大，另一部分则与镁合金形成高温稳定的金属间化合物分散在合金中，
抑制合金在高温下的变形，起到强化作用。因此，稀土金属 Gd 和 Y 提高了镁合金的

高温力学性能，为了使得 Mg-Gd-Y 合金的得到广泛的应用，广大研究者对稀土镁合
金的焊接方法和工艺进行了大量的研究，取得了许多的成果。张建桥等采用 TIG 焊接
3mm 的 Mg-5Gd-0.8Zr 挤压板，找到焊接工艺参数的最佳范围，分析焊缝的成型质量、
力学性能、晶粒尺寸和断口形貌。齐欣以 Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr 合金为研究对象，实验

研究了固溶处理、轧制、时效处理及光纤激光焊接等工艺过程中合金显微组织和性能
的变化，为该合金的进一步开发和生产应用提供理论依据。通过以上分析，根据新研
焊接零件出现缺陷的实际案例分析确定焊接工艺缺陷的表征参数，以 3.5mm 的 Mg-

5Gd-3Y 镁合金薄板的交流钨极氩弧焊焊接工艺为研究对象，进行焊接试验，收集试
验和仿真数据，为后文的焊接工艺缺陷的表征参数进行近似模型预测及对其采用优化

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