21、摩擦搅拌焊接与激光束焊接在镁合金上的研究

摩擦搅拌焊接与激光束焊接在镁合金上的研究

1. 引言

镁元素在地球表面广泛存在，在海洋底部也有无限的储量。镁及其合金比铝轻约 40%，比钢轻约 78%。然而，镁在熔融状态下会在空气中燃烧，这使得它的铸造和焊接变得困难。传统焊接过程中的熔化和凝固会导致焊缝区域出现高孔隙率和污染，从而限制了接头的性能。此外，弧焊接头存在较大的热影响区（HAZ）、熔合区（FZ）、高收缩率、微观结构和力学性能差异、高残余应力和变形现象，这使得高能密度激光焊接和固态摩擦搅拌焊接技术受到关注。

此前已有诸多研究：Cao 等人研究了 CO₂ 和 Nd:YAG 两种工业激光对镁合金可焊性的影响，使用适当的激光加工参数，一些镁合金可获得裂纹少、孔隙率低和表面质量高的激光焊接接头；Cao 等人还研究了焊接速度对 ZE41A - T5 镁砂铸件焊缝质量的影响，发现焊接速度增加时，焊缝的熔深、平均宽度和焊缝区域面积减小，且由于冷却速度较高，熔合区出现明显的晶粒细化；Singh 等人建议，使用直径为 18mm 的肩部、螺纹圆柱轮廓的销钉，以 710rpm 的转速和 28mm/min 的焊接速度焊接镁合金，可获得高强度的焊缝；Silva 等人研究了行进速度（200mm/min）和旋转速度（1200rpm）对摩擦搅拌焊接 ZK60 - RE 合金残余应力和微观结构的影响；Asadi 等人提出了一种改进传统熔焊技术的替代方法，通过该技术可大幅减少镁及其合金的冶金缺陷，激光焊接可获得裂纹少、孔隙率低和表面质量好的焊缝；Carlone 等人观察了摩擦搅拌焊接（FSW）和钨极惰性气体保护焊（TIG）的微观结构特征，TIG 焊接的熔合区有小的球状晶粒，热影响区有粗大晶粒，FSW 的热机械影响区（TMAZ）和热影响区有扭曲的晶粒，经过 T5 热处理后，硬度