鎂合金在很多重要行業(yè)等對(duì)結(jié)構(gòu)重量要求苛刻的高技術(shù)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，而鎂合金的鑄造、塑性變形等零部件的制造以及鑄件缺陷的修補(bǔ)都離不開焊接。激光焊接作為一種高能密度焊接方法可以保證較小的熱輸入且能夠?qū)ζ渚�確控制，可以緩解傳統(tǒng)的TIG及MIG電弧焊鎂合金時(shí)熔池塌陷、液化裂紋、大的殘余應(yīng)力及變形等問題，因此近年來國(guó)內(nèi)外在鎂合金激光焊領(lǐng)域的研究十分活躍雖然激光焊接鎂合金時(shí)緩解了許多鎂合金熔化焊接所特有的問題，但氣孔問題尚未得到解決。鎂合金的低密度、液態(tài)時(shí)溶氫量多、結(jié)晶時(shí)氫溶解度的陡降以及激光焊接深而窄的焊縫形狀等不利條件都使鎂合金激光焊接氣孔的防治非常困難。目前關(guān)于鎂合金的激光焊接的研究大多集中在焊縫成形、顯微組織及力學(xué)性能方面，缺乏對(duì)鎂合金激光焊氣孔問題的系統(tǒng)研究。母材的化學(xué)成分、制造工藝以及焊接工藝參數(shù)對(duì)
鎂合金激光焊氣孔傾向的影響尚不明了， 因此，對(duì)鎂合金激光焊氣孔產(chǎn)生的機(jī)理、影響因素以及防治措施進(jìn)行研究具有一定的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
1.實(shí)驗(yàn)
　　　　選用厚度為4 mm的AZ31B、AZ80A變形鎂合金，厚度為3 mm的AM60B、AZ91D砂鑄鎂合金以及厚度為4 mm的AMSOA壓鑄鎂合金板作為被焊接材料，幾種鎂合金的化學(xué)成分如表1所示。實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)PRC生產(chǎn)的3 kW 快軸流CO2激光器進(jìn)行焊接，用氬氣對(duì)焊縫進(jìn)行正、背面保護(hù)。實(shí)驗(yàn)前將試樣表面采用機(jī)械及化學(xué)方法清洗并去除氧化膜。焊接完成后，選
取試樣的典型部位截取焊縫橫斷面制作金相試樣，化學(xué)浸蝕后在NEOPHOT32大型金相顯微鏡下觀察和拍照。基于Matlab軟件編程對(duì)焊縫的橫截面金相照片進(jìn)行圖像處理：以合適的閾值形成二值圖， 同時(shí)進(jìn)行合適的膨脹運(yùn)算、腐蝕運(yùn)算、邊界探測(cè)、區(qū)域填充等運(yùn)算后通過邊緣檢測(cè)及面積提取計(jì)算氣孔率(本研究中的氣孔率是指焊縫橫截面上氣孔所占面積的百分比)。
2 .結(jié)果與討論
2．1 氣孔形成機(jī)理及氣孔形成傾向
　　　　 關(guān)于鎂合金激光焊氣孔的相關(guān)研究認(rèn)為鎂是低熔點(diǎn)高蒸汽壓的元素，相比鋁合金激光焊來說形成的小孔更加穩(wěn)定，因此小孔形氣孔并不是造成鎂合金激光焊氣孔的主要原因。鎂、鋅等低熔點(diǎn)高蒸汽壓元素蒸發(fā)導(dǎo)致的氣孔也只在特定牌號(hào)及工藝下才會(huì)人暈現(xiàn)。鎂合金激光焊中的氣孔牛要是氫致氣孔，鎂合金中氫的溶解度在鎂由液態(tài)轉(zhuǎn)向固態(tài)的過程中有一個(gè)突變，溶解度降低60％，即在鎂合金凝固的過程中，當(dāng)氫的析量達(dá)到‘定程度的時(shí)候，就會(huì)以氣泡的形式析，義會(huì)由十冷卻速度過快，氣泡來不及浮葉就被凝 導(dǎo)致氣孔產(chǎn)乍。對(duì)兒種鎂合金激光焊縫中的氣孔進(jìn)行觀察， 氣孔斷面大多早現(xiàn)規(guī)則的彤，且孔擘光滑，無小孔形氣孔所特有的金屬?zèng)_刷痕跡冬。同時(shí)氣孔擘未出現(xiàn)鋅蒸發(fā)所 現(xiàn)的銀色顆粒狀孔擘，對(duì)氣孔內(nèi)壁的EDS分析中并沒仃檢測(cè)劍鋅元素，也證實(shí)了鎂合金激光焊氣孔要是氫氣孔。
2．2 焊接工藝參數(shù)對(duì)氣子L形成傾向的影響
　　　　南前坷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，變形鎂合金AZ31B、AZ80A及砂鑄鎂合金AM60B激光焊接氣孔問題并不突出， 可以在較人的工藝參數(shù)范圍內(nèi)得劍無氣孔的焊縫， 因此以下 要對(duì)氣孔傾向較大的砂鑄鎂合金AZ91D及鑄鎂合金AM50A激光焊氣孔率與工藝參數(shù)的天系進(jìn)行研究。鎂合金激光焊氫氣孔的形成阜要與焊接過程中氫的行為緊密相關(guān)。中頻熔煉爐熔池中的氫豐要來源于母材中原始含氫茸(原始小氣孑L、擴(kuò)散氫以及母材表面吸附水)及焊接過程中由周圍氣氛中溶入的氫(取決于焊接工藝)。激光焊不存在吸水性強(qiáng)的弧柱區(qū)，因此熔池中的含氫量很人程度上取決于母材中原始含氫最(含分子氫和擴(kuò)散氧)。
　　　　在優(yōu)化的工藝參數(shù)(激光功率、焊接速度、止背面氣保護(hù)角度及流量)下變形及砂鑄鎂合金均可獲得產(chǎn)LTL{~少甚至無氣孔的焊縫，而壓鑄鎂合金即使在優(yōu)化的工藝下氣孔問題仍非常突出。在優(yōu)化的工藝下，熔池的保護(hù)充分，焊接過程中溶入的氫較少，帶來這種差別的主要原因是母材中的原始含氫量。制造藝本身的特點(diǎn)決定了壓鑄鎂合金母材初始含氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)火于砂鑄及變形鎂合金， 而砂鑄鎂合金含氫量高于變形鎂合金。而在同種制造工藝下，化學(xué)成分也會(huì)影響氣孔傾向(如圖2中砂鑄AZ9lD氣孔傾向大十AM60B)，根據(jù)Mg—A1二元相圖，A1含量的增加擴(kuò)大了結(jié)品溫度區(qū)間，而在凝固的后期，樹枝狀的結(jié)晶相瓦連接形成一些閉合且有一定程度真空的小空間，析出的氫與這部分真空相合并造成氣孔的產(chǎn)生。同時(shí)，Al含量的增加使形成的A1 2Mg17增多，根據(jù)文獻(xiàn)，AI 2Mg1 7相的溶氫量極低，這也會(huì)造成后期氫的析出，因此總的來說Al含量的增加提高了氣孔傾向。
2．2．1 氣體保護(hù)條件的影響
　　　　砂鑄鎂合金AZ91D 激光焊時(shí)在激光功率及焊接速度保持一定時(shí)改變正面保護(hù)氣的側(cè)吹角度，焊縫中的氣孔發(fā)生顯著的變化。推測(cè)認(rèn)為當(dāng)保護(hù)氣側(cè)吹角度過大(45~及60。時(shí)，易形成紊流而將惰性保護(hù)氣體卷入熔池中形成氣泡，由于氣泡中氫的分壓P ，=0，因此熔池中的氫將不斷進(jìn)入氣泡(圖5)，這個(gè)過程直到氣泡中氫分壓增加到與熔池中氫的濃度符合[H]= √= 關(guān)系時(shí)才達(dá)到平衡，而激光焊凝固速度快，形成的大氣泡來不及逸出留在焊縫中形成氣孔。側(cè)吹角度過小時(shí)吹除等離體效果變差會(huì)影響熔透狀態(tài)，因此保證熔透且得到成形良
好、低氣孔率的焊縫需要正面保護(hù)氣側(cè)吹角度取合適的值。
　　　　正面保護(hù)氣不僅影響熔透狀態(tài)、熔池的保護(hù)效果，同時(shí)氣流對(duì)熔池的沖擊也會(huì)影響焊縫表面成形，因此可調(diào)節(jié)的范圍較小。在正面保護(hù)氣側(cè)吹角度、流量及其它焊接工藝參數(shù)都固定不變時(shí)，調(diào)整背部氣保護(hù)流量值，在較小及較大氣流量時(shí)焊縫中氣孔率較高，而在氣流量適中時(shí)可獲得低氣孔率的焊縫。分析認(rèn)為這是由氣保護(hù)流量過小或過大時(shí)都使保護(hù)效果變差，氧化加劇，促進(jìn)氫氣泡形核的氧化物基底增多所致。
　　　　對(duì)于含氣量中等的砂鑄鎂合金來說，氣保護(hù)流量的影響較大，而對(duì)于含氣量低的變形鎂合金，即使在背部沒有保護(hù)，成形非常差的情況下氣孔問題也不突出。這可能是由于砂鑄鎂合金母材中原始含氫量相比變形鎂合金來說較高，在保護(hù)條件較差時(shí)氧化膜易于作為氣泡的形核基底，在熔池含氫量較高時(shí)易于析出氣泡后形成氣孔。對(duì)于壓鑄鎂合金AM50A，當(dāng)激光功率非常小時(shí)，熔池小而淺，焊縫受熱區(qū)域小，氣孔率很低；而激光功率取較大值時(shí)，熔深較人時(shí)氣孔率增大，向后隨著激光功率的增加氣孔率的變化規(guī)律不明顯。只是當(dāng)功率取較大值時(shí)，由于熔池受熱區(qū)域增加，熔池寬度變大有利于氣泡逸出，使氣孔率有 定程度的下降，總的來說，激光功率對(duì)兩種鎂合金激光焊縫氣孔率的影響均不如氣體保護(hù)條件大。
3 結(jié) 論
1.1鎂合金激光焊氣孔主要是氫致氣孔，其產(chǎn)生的傾向與母材本身制造工藝及化學(xué)成分、氣體保護(hù)條件及焊接工藝參數(shù)等因素有關(guān)。在優(yōu)化的工藝條件下，變形及砂鑄鎂合金激光焊氣孔問題并不嚴(yán)重，而母材原始含氣量高的壓鑄鎂合金氣孔問題十分突出。相同制造工藝的鎂合金隨著Al含量的增加氣孔傾向增大。
2.1通過優(yōu)化工藝可以解決變形及砂鑄鎂合金的氣孔問題，但對(duì)于母材含氣量高的壓鑄鎂合金無法奏效。而隨焊加熱可以在一定程度上緩解氣孔問題，但效果仍十分有限。
3.1使用含氣量低的填充材料對(duì)焊縫中的氫進(jìn)行“稀釋” 以及提高氫固溶度的方法可以在較大程度卜降低焊縫中的氣孔率。