鎂合金和鋁合金在工業(yè)生產領域應用廣泛，二者的結合可以可以充分發(fā)揮二者優(yōu)勢，尤其在焊接技術應用中，鎂合金和鋁合金的結合是非常有必要的，本文就主要研究鎂合金和鋁合金焊接技術的特點與應用。

　　《焊接學報》是由中國機械工程學會主辦、哈爾濱焊接研究所承辦的學術期刊。主要刊載焊接科技領域具有國際水平或國內先進水平的優(yōu)秀學術論文。1980年創(chuàng)刊以來，刊期由最初的季刊發(fā)展為現(xiàn)在的月刊，成為在國內外具有一定影響的一級學術刊物。

　　伴隨著鎂合金在汽車制造、航空與航天之類的高端新技術方面的漸漸的推廣與使用，鎂合金和一些別的種類的金屬之間的相連接的問題，必會變成今后鎂合金焊接的最新研究方向。

　　鎂合金和鋁合金之間的相結合，可以把鎂合金的靜電屏蔽性能、機械加工性能、非常低的密度與鋁合金的很好的機械強度、很好的耐腐蝕性能相結合起來[3]。又鑒于鎂元素和鋁元素在地下的儲備量都非常豐富，所以對于鎂合金和鋁合金之間的焊接性能研究是非常必要的，鎂合金與鋁合金之間的異種金屬的焊接是有很大的研究和實際意義的。海內外的很多研究者對于鎂合金和鋁合金之間的異種金屬焊接做了研究，從電阻焊、摩擦焊、非熔化極惰性及保護焊到最新的攪拌摩擦焊、激光焊，差不多觸及了焊接領域中的所有方法。熔焊被進行了很多的研究，包括了鎢極氬弧焊、電子束焊，以及攪拌摩擦焊、擴散焊之類的固相焊[4-7]。對與鎂合金與鋁合金之間的異種金屬接觸反應釬焊所進行研究，以及對焊接接頭組織的結構和接頭性能進行分析、鎂合金與鋁合金之間連接原理研究，對于推進鎂合金與鋁合金之間的異種金屬焊接接頭研究和現(xiàn)實使用有較大的意義。本文使用AZ31鎂合金和6061鋁合金作為基體材料，進行了AZ31鎂合金和6061鋁合金之間的異種金屬直接接觸反應釬焊的實驗，對于各種工藝條件下的接頭微觀組織和力學性能的變化，以及接頭的裂口形貌進行了分析，為得到性能最優(yōu)的接頭進行了機理的探究。

　　1實驗材料和方法

　　使用AZ31B變形鎂合金和6061鋁合金作為實驗的材料，AZ31鎂合金和6061鋁合金之間的異種金屬直接接觸反應釬焊實驗。鎂合金材料的厚度為2.5mm，鋁合金材料的厚度為3.0mm，兩種合金的化學成分分別如表1和表2所示。進行焊接之前使用線切割的方法將AZ31B鎂合金板和6061鋁合金板分別加工成為13mm×60mm×2.5mm和13mm×60mm×3.0mm兩種尺寸等待使用。焊接實驗使用臥式的電阻加熱爐進行加熱。加熱爐采用4kW電阻絲，額定電壓為220V，最高工作溫度為1000℃。實驗過程中，爐內充入氬氣對試件進行保護。由于爐腔內部不同位置的溫度會有差異，因此所有實驗中對爐溫進行控制的熱電偶放置在爐內有效加熱區(qū)固定不動。先用1000#碳化硅砂紙分別將鎂合金、鋁合金試樣的外表面打磨，用于去除試樣表面的氧化膜，再用丙酮擦去試樣外表面的油污。把上述鎂合金試樣與鋁合金試樣連接好后，再用不銹鋼夾具夾緊來確定兩式樣表面的接觸緊密，這樣組裝成AZ31/6061連接試樣，放入已升至一定溫度的加熱爐中進行焊接。為確保實驗溫度準確，試樣表面上連接熱電偶對試件的溫度進行準確測量。接頭連接方法如圖1所示。焊接完畢，迅速取出試樣，水冷至室溫。實驗中需要首先對空爐進行加熱直到600℃，在通氬氣并且爐溫穩(wěn)定后再進行連接實驗。對于空爐內的溫度進行事先的調整，就可以得到不同的加熱的速度。試件到達設定溫度后，利用爐腔內部不同位置溫度的差異，通過托架移動試件在爐內的位置來獲得某一準確溫度下5s的保溫。連接溫度450℃，保溫時間5s，平均加熱速度80、100和120℃/min。焊接結束后采用電子萬能實驗機對接頭的剪切強度進行測試，拉伸速度為0.5mm/min，取3個測試結果的平均值做為最后的結果。剪切測試示意圖如圖2所示。

　　2實驗結果與分析

　　2.1AZ31/6061接頭宏觀形貌

　　圖3為3種不同平均加熱速度條件下獲得的AZ31鎂合金和6061鋁合金異種金屬直接接觸反應釬焊接頭實物圖，其中圖3(a)所示為AZ31鎂合金和6061鋁合金接頭側面圖。由圖可以看到接頭側面處均有均勻細小液滴出現(xiàn)，表明接頭界面處已發(fā)生宏觀均勻一致接觸反應，反應程度控制適中，質量良好，說明焊接工藝參數(shù)選擇合理。圖3(b)所示為AZ31鎂合金和6061鋁合金接頭的正面，能夠看出搭接的良好，試件平整，沒有彎曲之類的缺陷。

　　2.2加熱速度對于焊接接頭組織的影響

　　圖4為AZ31鎂合金和6061鋁合金直接接觸反應釬焊的接頭在連接溫度為450℃，保溫時間為5s，平均的加熱速度分別為80、100和120℃/min時的金相組織照片。圖4(a)中，平均加熱速度為80℃/min時，焊接接頭的分界面區(qū)域由偏向于鎂基體側及心部的菊花狀共晶組織和靠近鋁基體側的粗大柱狀晶以及與其相連平直層狀組織構成。根據(jù)鎂-鋁二元合金相圖可知，鎂-鋁的直接接觸在界面處主要產物為鎂-鋁系金屬間化合物。偏向于鎂基體側和中心的菊花狀組織為鎂基固溶體與Mg17Al12合成的共晶組織，緊鄰共晶組織的柱狀晶應為Mg17Al12單相，而靠近鋁基體側平直層狀組織應為Al3Mg2相。因為加熱的速度比較緩慢，界面所有區(qū)域有足夠的時間進行互相接觸和反應，得到的共晶液相比較多，所得到的液相也有足夠的時間在接頭分布，所以得到的接頭連接區(qū)域共晶組織所占的比例相對較大并且界面平整，組織均勻。圖4(b)是平均加熱速度為100℃/min時焊縫的組織形貌，它的接頭界面區(qū)域由偏向于鋁基體的灰白色的相(應為Al3Mg2相)，偏向于鎂基體的黑灰色的共晶組織(應為鎂基固溶體與Mg17Al12合成的共晶組織)及兩種組織之間的一層柱狀晶(應為Al3Mg2相)構成。因為加熱的速度快，界面接觸處每個點一開始的狀態(tài)都不相同，一些接觸的緊密，擴散發(fā)生的快，反應得到的液體相出現(xiàn)比較快、比較多;相反情況下，反應得到的液相出現(xiàn)比較慢、比較少。并且得到的反應液相還沒有足夠的時間來進行均勻分布，焊接接頭的界面參差不齊。當加熱速度提升到120℃/min，如圖4(c)所示，它的接頭形貌和加熱速度為100℃/min時焊縫的組織形貌很相同，只是由于加熱速度過快，接頭界面各處擴散及反應不均勻現(xiàn)象更明顯，共晶組織變得更少。

　　2.3AZ31/6061接頭力學性能分析

　　對上述3種接頭進行剪切強度測試，從斷裂接頭的宏觀觀察發(fā)現(xiàn)接頭斷裂發(fā)生在接頭反應區(qū)。表3所示為連接溫度450℃，保溫時間5s，三種不相同的平均加熱速度時，AZ31鎂合金和6061鋁合金直接接觸反應釬焊得到的焊接接頭的剪切強度的測試結果。能夠發(fā)現(xiàn)伴隨著平均加熱速度的升高，焊接接頭的剪切強度先升高，當平均加熱速度達到100℃/min時，得到了最高值35.4MPa。這是因為加熱速度的升高降低了基體界面之間的接觸時間，降低了了鎂、鋁元素之間的擴散量，遏制了使接頭性能降低的鎂-鋁系金屬間化合物的產生;同時加熱速度的提高減少了基體氧化，提高了接頭質量。然而伴隨著平均加熱速度逐漸的升高，焊接接頭的剪切強度開始降低，這是由于當加熱速度升高到達一定水平時，鎂、鋁之間的擴散量降低，焊接接頭的接觸面就無法形成堅固的連接。

　　2.4接頭斷口形貌分析

　　對獲得最高剪切強度，即平均加熱速度為100℃/min時的AZ31/6061接頭進行斷口形貌分析，圖5為接頭斷口形貌的掃描圖片。不管是圖5(a)中的鎂側斷裂口，還是圖5(b)中的鋁側斷裂口，全部存在很多的解理臺階，這意味著焊接接頭的斷裂是脆性斷裂。借助于對比之前焊接接頭組織的分析能夠得到，AZ31鎂合金和6061鋁合金直接接觸反應釬焊接頭在界面位置的主要生成物為鎂-鋁系金屬間化合物，然而金屬間化合物相都是脆性相，這會導致接頭脆斷。同時在鎂側斷口處可以見到一些黑色孔洞，這主要是由于鎂/鋁基體接觸界面微觀上不平直，各處反應不一致，一些位置未發(fā)生共晶反應，同時也沒有反應液相來填補造成的。通過接頭斷口形貌分析并結合接頭界面組織形貌分析可知，適當提高AZ31鎂合金和6061鋁合金直接接觸反應釬焊時的加熱速度，能夠降低焊接接頭中脆性相Mg17Al12的多少，降低Mg17Al12相的大小，使接頭性能得到一定程度的提高;換一個角度我們也能發(fā)現(xiàn)，鑒于鎂鋁之間反應的本質就是鎂鋁成分的過渡區(qū)，包含Mg17Al12、Al3Mg2等金屬間化合物的單相區(qū)，以及鎂鋁基體之間的直接接觸，Mg17Al12之類的脆性金屬間化合物的出現(xiàn)是無法規(guī)避的，因而在對AZ31/6061實現(xiàn)連接的基礎上接頭性能的提高有限。

　　3結論

　　(1)各種平均加熱速度環(huán)境下AZ31鎂合金和6061鋁合金直接接觸反應釬焊焊接接頭界面區(qū)都由偏向于鎂基體和中心的鎂基固溶體與Mg17Al12共晶組織，緊鄰共晶組織的Mg17Al12柱狀晶，以及靠近鋁基體Al3Mg2相組成，加熱速度越快，共晶組織越少。(2)剪切強度分析表明，當平均加熱速度為100℃/min時，AZ31/6061直接接觸反應釬焊接頭強度達到35.4MPa。(3)對于焊接接頭斷口形貌的研究得出了，鎂、鋁兩側的斷口中都存在很多的解理臺階，AZ31鎂合金和6061鋁合金直接接觸反應釬焊焊接接頭斷裂是脆性斷裂。

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