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2025年第1期特种设备安全技术·13·

镁合金焊接接头力学性能的测试与分析

张念学戚振张义磊

摘要为了提高镁合金焊接性能，将超声振动应用于激光焊接过程中，并通过实验方法验证了超声波对焊接接

头力学性能的影响。在超声振动的条件下，本文比较了焊接试样的熔池面积、金相结构、抗拉强度、断裂形态和硬度

特性。分析结果表明：超声振动可以有效地减少无效熔池面积，使熔池中的能量更加集中，孔隙率大大降低。研究发现，

超声振动可以显著改善焊接区域的微观结构特征，晶粒尺寸的减小和微观结构的细化有利于镁合金接头力学性能的提

高，屈服强度提高了6.5%，焊接区域的平均硬度提高5%以上。

关键词焊接接头力学性能金相硬度

0前言1焊接工艺设计

镁合金系一种以镁为核心成分且融入其他元素的材1.1焊接系统

料，其具有低密度、高比强度与高比刚度、优良的导热激光焊接作为一项新兴的焊接技术，以激光作为能

性以及卓越的吸振性能，在化工装备等工程领域得到广量之源，具有功率密度颇高、热输入量较低、热影响区

泛运用[1,2]。镁合金在压力容器制造方面体现出巨大潜能，域较小以及变形量较少等优势。在针对合金材料实施焊

然而，现阶段镁合金的焊接性能仍存不足[3,4]。焊接进程接操作时，此方式能够最大程度地降低产品变形程度，

中易于产生诸多缺陷，包括：（1）熔池中氢气溶解聚集，进而大幅提升焊接效率。另外，激光焊接属于非接触式

致使气孔形成，熔池凝固速率较快，氢气难以适时逸出。的焊接手段，更易于达成自动化的目标。与传统的电弧

（2）镁合金具备较高的导热性，故而需要借助大功率焊相较而言，激光堆焊技术所提供的热源更为稳定且强

热源实施高速焊接，这或许会致使焊缝及其周边区域过劲。为了切实保障超声振动的良好控制成效，设计了如

热并引发晶粒生长。（3）镁合金拥有较大的热膨胀系图1所示的焊接系统。该系统不但涵盖了基本的焊接执

数，由此在焊接时易引发显著的变形和残余应力。（4）行器件，还整合了超声波发生器以及图像数据采集设

镁与其他金属结合时易形成低熔点共晶结构，这会导致施。所采用的基材包含镁合金和镀锌低碳钢，而选用的

结晶裂纹在焊接接头处产生。当温度过高时，这些低熔保护气体为氩气。超声波振动器能够将220V、50Hz或

点化合物可能会融化并积聚于晶界或致使晶界氧化。者110V、60Hz的电能转化为36kHz频率的机械振动。

为增进不同类型合金间的融合成效，工程领域通常由此产生的超声波致使熔池以高频振荡，其振荡频率可

采取诸如提升焊接温度、加快焊接速度、调节焊接电流达每秒36000次，有助于在熔池中形成微悬浮的状态，

以及选取适宜材料等举措，然而这些手段对于提升镁合并促进气泡的排出。

金的焊接效果作用有限[5,6]。近些年来，超声辅助技术备

受关注。有研究表明，超声振动能够推动碳钢中心区域

等轴晶体的形成。伴随焊接速度的提高，由超声振动促

成的等轴晶体数量增多[7]。为验证并优化镁合金的焊接

效果，本研究基于激光焊接技术，将超声波应用至熔池

区域。通过对熔池面积的对比、微观结构的分析以及力

学性能的测试，能够探究不同条件下镁合金焊缝的微观

结构与力学特性之间的关系，并确定最优工艺参数，这

对于推动镁合金在压力容器的实际应用具有重要意义。图1焊接系统组成

1.2焊接试样制备方案

收稿日期：2024-11-11激光传输系