镁合金激光焊接技术.pptx

镁合金激光焊接技术主要内容v一、镁合金的特点v二、镁合金焊接方法v三、激光焊接及其原理v四、镁合金激光焊接工艺及接头组 织分析v五、镁合金的焊接特点v六、激光焊的应用v七、镁合金焊接技术的展望v八、参考资料一、镁合金的特点及应用 镁合金的特点1、镁合金的密度是钢的23，铝的67，塑料的170%，是 金属结构材料中最轻的金属。在相同的强度和刚度况下，用镁合金做结构件可以大大减轻零件重量。比重轻比重轻 Mg Al 重金属图片来自-时代骄子镁合金中国镁业风光无限12、镁合金与铝合金、钢、铁相比具有较低的弹性模量，在 同样受力条件下，可消耗更大的变形功，具有降噪、减 振功能，可承受较大的冲击震动负荷。减震性能强 Mg Al Fe图片来自-时代骄子镁合金中国镁业风光无限23、镁合金具有较好的铸造性和加工性能。加工性能好 Mg Al图片来自-时代骄子镁合金中国镁业风光无限3镁合金电磁屏蔽性能和导热性均较好，适合于作发出电 磁干扰的电子产品的壳、罩，尤其是紧靠人体的手机。电磁屏蔽性强 Mg Al图片来自-时代骄子镁合金中国镁业风光无限.4镁合金有较高的尺寸稳定性，稳定的收缩率，铸件和加工 件尺寸精度高，除镁-铝-锌合金外，大多数镁合金在热处 理过程及长期使用中由于相变而引起的尺寸变化接近于 零，适于做样板，夹具和电子产品外罩。5镁合金对缺口的敏感性比较大，易造成应力集中。125 以上的高温条件下，多数合金的抗蠕变性能较差，这在选 用它和设计零件时应考虑。6可回收。与塑料类材料相比，镁合金具有可回收性。这对 降低制品成本、节约资源、改善环境都是有益的。二、镁合金焊接方法（一）传统的焊接方法 1.钨极氩弧焊（TIG）2.熔极氩弧焊（MIG）（二）先进的焊接技术 1.活性钨极氩弧焊（A-TIG）2.真空电子束焊 3.激光-氩弧复合焊 4.搅拌摩擦焊（FSW）二、激光焊接及其原理定义：激光焊接是利用高能 量密度的激光束作为 热源进行焊接的一种 高效精密的焊接方法。其中，根据激光对工件的作用 方式和激光器输出能量 的不同，可将激光焊分 为连续激光焊和脉冲激 光焊。图片来自-现代激光焊接技术0原理；光子轰击金属表面形成蒸汽，蒸 发的金属可防止剩余能量被金属 反射掉。如果被焊金属具有良好 的导热性能，则会得到较大的熔 深。激光在材料表面的反射、透 射和吸收，本质上是光波的电磁 场与材料相互作用的结果。激光 光波入射材料时，材料中的带电 粒子依照光波电矢量步调振动，使光子的辐射变成了电子的动 能。物质吸收激光后，首先产生 的是某些质点的过量能量，如自 由电子的动能，束缚电子的激发 能或者还有过量的声子。这些原 始激发能经过一定过程在转化为 热能。图片来自-现代激光焊接技术三、镁合金激光焊接工艺以光纤激光焊接AMCa403 镁合金为例：采用310kw的IPGYLR23000 光纤激光焊接设备进行平板熔焊实验,如图1 所示。该设备的最大输出功率为310kw,激光连续输出,波长为1070nm,聚焦光斑直径为0.1436mm,焦距为341mm。焊接过程中,采用轴向、侧向氩气对焊缝及熔池进行保护。焊接前用丙酮清洗试样表面去除油污,然后用钢丝刷清理表面去除氧化膜。图1.光纤激光焊接装置图片来自-镁合金光纤激光焊接工艺及接头组织分析.表2 光纤激光焊工艺参数Laser power/kW11 5,21 25,31 0Defocus length/mm0(on surface)Welding speed/(m#min-1)2,21 5,3,31 5,41 0,41 5,51 0,51 5Coaxial shielding gas/MPa01 6Side shielding gas/(L#min-1)25 焊后取焊接接头的横截面,通过粗磨、精磨、抛光后先进行宏观分析,通过计算机图像处理系统自动计图2 是焊缝表面形貌。由图2 可见,焊缝表面均匀圆滑、连续,鱼鳞纹细密均匀,无明显的焊接缺陷。图2 焊缝表面形貌图片来自-镁合金光纤激光焊接工艺及接头组织分析.表3 是热输入对焊缝形状参数的影响。可见,随着热输入的增加,熔深明显增加。当热输入较低时(30kJ#m-1),熔深较大,深熔焊是主要的焊接机理 10。此时热损失低,效率高,熔深大,焊缝深宽比大。此外,激光功率和焊接速度对焊缝熔深和熔宽也有影响,随着激光功率增加或焊接速度降低,焊缝熔深和熔宽都明显增大。这与CO2 和Nd:YAG激光焊接趋势一致。Laser power /kWWelding speed/(m#min-1)Heat input/(kJ#m-1)Pen et rationdepth/mmBeadwidth/mmAspectratio31 031 5511 431 021 311 3011 521 0451 031 021 411 2531 041 0451 031 021 211 36 21 2531 5381 631 021 111 4331 051 5321 721 021 011 00 21 2541 5301 011 921 001 9511 531 0301 011 911 711 12 21 2551 5241 511 311 701 7611 541 0221 511 511 511 0011 541 5201 011 211 401 86表3 热输入对焊缝形状参数的影响接头组织分析 右图是光纤激光焊接接头的显微组织。图中左侧为母材区,右侧为焊缝区。母材和焊缝交界处的热影响区不明显,母材为粗大的等轴晶,焊缝晶粒明显细化。该接头组织与焊接状态和镁合金自身特性有关。光纤激光能量密度高,焊接时热输入小,因此热影响区小。光纤激光能够迅速熔化焊件,镁合金的热导率大,冷却速度快,所以晶粒明显细化。图片来自-镁合金光纤激光焊接工艺及接头组织分析.图1-3 是功率为115kw 时,不同速度下的焊缝区组织。可见,随着焊接速度增加,晶粒变小。这是因为随着焊接速度增加,焊缝金属加热时间变短,热输入减少,因此晶粒细化,同时更多的合金元素熔入其中，显微硬度明显增大,见图4。图片来自-镁合金光纤激光焊接工艺及接头组织分析1234四、镁合金的焊接特点1.氧化、氮化和蒸发 镁易与氧结合，在焊接的高温下会生成MgO，易使焊缝形成细小片状的固态夹渣而降低性能。镁还与空气中的氮化合生成Mg3N2，导致焊缝的塑性降低，脆性变大。镁的沸点1100左右，在焊接高温下容易蒸发。因此，镁合金焊接需要严格的保护措施。2.热裂纹倾向 在焊接过程中，镁与一些合金元素（Cu、Al、Ni等）易形成低熔点共晶体，在脆性温度下容易形成热裂纹。镁熔点低，热导率高，较大的焊接热会导致焊缝及近缝区金属产生粗晶现象，降低了接头的性能。镁的热膨胀系数较大，是铝的1.2 倍，焊接时易产生较大的热应力和变形，加剧裂纹的形成。3.气孔和烧穿 氢在镁中的溶解度随温度降低而急剧减少，焊后随着温度下降，大量氢析出产生气孔。由于镁合金表面的氧化薄膜比合金熔点高，随着焊接温度升高，两者不能熔合，导致焊缝烧穿和塌陷，尤其在焊接镁合金薄板情况下容易出现这种情况。五、镁合金激光焊接的应用图片来自-现代激光焊接技术七、镁合金焊接技术的展望 镁合金作为21 世纪新型绿色结构材料，在汽车、交通、宇航、电子 产品、民用产品等领域有着广泛的应用前景，而焊接已成为制约其发 展应用的瓶颈，因此镁合金焊接就成为目前国内外的研究热点。目前 对镁合金的焊接还没有形成较成熟的方法。根据目前的研究现状，以后研究工作重点有以下几个方面：（1）对传统的焊接方法进一步深入研究。针对镁合金在氩弧焊焊接过 程中容易产生焊缝脆性、气孔、裂纹以及热影响区晶粒粗大等缺 陷，研究的重点在优化弧长控制、填充焊丝的选配、送丝速度、接头性能的提高、焊接裂纹及变形的控制等方面。（2）对A-TIG 焊、电子束焊、激光-氩弧复合焊和FSW 的研究。A-TIG 焊活性剂的选择、活性剂机理研究等；电子束焊真空室的设计、工艺参数选择、非真空焊接的保护措施等；激光-氩弧复合焊中的 焊接速度、激光的输出功率、气体保护流量控制、热源间距控制 等；FSW 的焊接速度、搅拌头的转速、轴向压力、搅拌头的磨损 等。（3）对同一种镁合金材料进行不同的焊接方法研究，根据焊缝的组织 和性能来确定合适的焊接方法。八、参考资料v特种焊接技术及应用曹朝霞 主编 北京理工大学出版社 v特种焊接技术及应用李亚江 王娟 刘鹏 编著 化学工业出版社v现代激光焊接技术 陈彦宾 编著 科学出版社v镁合金光纤激光焊接工艺及接头组织分析内蒙古工业大学 刘 军 董俊慧 吴永军v镁合金焊接技术研究宋 刚 刘黎明v镁合金焊接技术的研究现状与展望重庆大学 胡耀波 赵冲 邓娟v时代骄子镁合金中国镁业风光无限.谢谢大家欢迎提问