談一談怎樣防止鎂合金焊接產生熱裂紋缺陷

熱裂紋

(1)形成原因 最常見的熱裂紋有凝固裂紋和液化裂紋。凝固裂紋是焊縫金屬在凝固溫度降低至固相線附近時,因晶間殘存的液膜分離所造成的裂紋。液化裂紋是近縫區在過熱條件時,晶間相熔化成液相,液膜分離而開裂。例如,圖3所示為ZK60鎂合金在激光焊接時,不同焊接速度對應的焊縫中凝固裂紋狀況[4]。



在焊接過程中,主合金元素鎂很容易和鋁、銅、鎳等微量元素反應生成低熔點共晶化合物。凝固時,在脆性溫度區間,這些未凝固的低熔共晶會以液體薄膜的形式分佈於晶間,嚴重降低了晶間結合力。鎂合金的熱膨脹係數較大,焊接時產生了較大的熱變形,凝固時會受到較大的收縮應力,晶間的液體薄膜難以抵抗這種收縮應力,便很容易開裂生成凝固裂紋。同理,鎂合金的導熱率和應變速率較大,焊接熱循環很快使近縫區晶間相熔化,晶界處力學性能下降,容易在應力作用下開裂。


圖3 ZK60鎂合金激光焊時,不同焊接速度對應的焊縫中裂紋凝固狀況[4]

(2)防止措施 調整母材和焊絲中元素含量:限制母材和焊絲中易偏析元素、有害雜質的含量,儘量減少焊縫中發生的宏觀偏析和聚集的低熔第二相。

優化焊接參數:可通過選擇合理的焊接速度,圖4所示為熔池形狀與焊接速度的關係[3]。低速焊接時,熔池表現為橢圓形,柱狀晶呈人字紋路向焊縫中部生長,不易形成偏析弱面,熱裂紋傾向小;但高速焊接時,熔池表現為淚滴形,柱狀晶近似垂直地向焊縫軸線方向生長,易在會合面處形成偏析弱面,熱裂紋傾向大。也可通過適當降低焊接熱輸入來細化晶粒尺寸、減少晶間相尺寸,通過降低冷卻速度來減緩焊縫凝固收縮的應變程度,這些均可以減少熱裂紋產生。

合理控制拘束:通過控制拘束,儘可能減少接頭的應變。例如,選擇合適的焊接順序。焊接順序不當時,最後幾道焊縫有可能處於大拘束狀態,難以自由收縮,應變量明顯增大、容易產生裂紋。

a)低速焊接 b)高速焊接

圖4 熔池形狀與焊接速度的關係[3]