徐 钊

（衡水学院物理与电子信息系，河北 衡水 053000）

镁合金是一种比钢、铝密度更低的金属物质，镁合金具有高抗腐蚀性、高抗电磁辐射性[1]，以及铸造加工性能更佳的特点。近年来，镁合金材料在航空、电子、汽车等领域都得到了广泛应用，成为了当下最具有发展力的金属材料。因此，对镁合金材料的焊接工作开始逐渐成为一项研究重点[2]。随着镁合金焊接的专业研究人员越来越多，很多焊接方法被提出应用，例如：激光焊接、双弧焊接等。这些焊接方法的提出进一步促进了镁合金焊接的研究，但是截至目前研究出的焊接方式难以满足镁合金材料焊接质量要求。双熔化极单电弧气体保护焊工艺开始被提出，也就是DE-GMAW焊接工艺，从根本上将焊接效率进行了提升[3]。并且通过电弧燃烧的稳定性提高了材料焊接质量。在材料焊接时，过程中的很多因素都会造成焊接质量的变化。针对镁合金DE-GMAW焊接过程影响因素分析，了解焊接过程中的决定性影响因素，才能更好地优化镁合金焊接方法，促进镁合金材料在良好应用。

1 试验材料及方法

1.1 实验材料及成分

文中采用的镁合金材料为AZ31B镁合金板材，材料尺寸为130mm×110mm×1.5mm，并且使用1.2mm的焊丝，具体的试验材料化学成分如表1所示。

表1 试验材料化学成分表(质量分数/%)

通过准备完成的试验材料，进行试验分析镁合金DEGMAW焊接过程影响因素。

1.2 实验方法

利用试验材料使用DE-GMAW焊接方法进行平板堆焊。焊接过程中使用MIG焊机，并且选择了与电机匹配的YW-35KB送丝设备，选取TIG焊枪作为旁路电流提供者。焊接材料到导电嘴、焊丝末端、钨极末端的距离分别为15mm、4mm、4mm，将焊枪夹角设置为35°。此外，试验开始之初将主路电流和焊接电压分别设置为220A、22V。焊接工作开始之前通过打磨的方式将材料表面的氧化膜清除，利用丙酮清理其余杂质，将高纯氢气作为焊接过程中的保护气体。分别在不同旁路电流、不同焊接参数、不同焊丝间距的条件下完成焊接。针对焊接完成后镁合金材料获取焊缝横截面信息，依据标准程序完成打磨、抛光与腐蚀。将处理过的样品依靠光学显微镜分析组织变化。同时采用万能试验机对试样进行拉伸测试。

2 试验结果分析

2.1 不同旁路电流下焊接结果

在不同旁路电流条件下进行镁合金材料焊接，获得如图1所示焊缝截面。

图1 不同旁路电流下焊缝截面图

从图中可以发现伴随着旁路电流的增大，产生较大焊缝变化。在140A时无法形成稳定焊缝，并且部分区域出现下榻和烧穿现象。电流增加至150A、160A才可以形成稳定焊缝，伴随着明显的鱼鳞纹出现。当电流为170A的条件下焊缝出现偏移现象造成熔宽稳定度较差。在旁路电流不断升高的情况下，材料焊接后的熔宽呈现平缓的降低改变。熔深大幅度降低而余高则开始提升。

2.2 不同脉冲参数焊接结果

DE-GMAW焊接工艺主要应用的脉冲MIG焊是依靠脉冲参数控制焊接质量。因此，脉冲参数合理选择的重要性是不言而喻的。针对不同脉冲参数进行了MIG焊实验，根据脉冲参数中脉冲峰值电流的大小，探讨焊接结果。选取100A、180A、260A、340A、420A这5个峰值电流进行测试。

面对应用不同脉冲参数条件下完成的焊接材料，进行拉伸性能的测试,随着脉冲峰值电流的变化，焊接材料的抗拉伸性能也处于不断变化的状态。从材料的伸长率、抗拉强度、断面收缩率三方面进行分析，可以发现随着峰值电流的增长，三方面性能都处于先上升后下降的趋势。其中，在180A～260A的峰值电流范围内，焊接的拉伸性能最好，抗拉强度达到了198MPa，伸长率、断面收缩率的最高数值分别为12.85%、12.30%。

2.3 不同焊丝间距的焊接结果

将一些试验参数固定，将焊接总电流和旁路电流设置为170A、120A，电压固定为24V，焊丝的间距分别依据2mm、3mm、4mm条件下进行焊接主路电弧稳定性测试。不同焊丝间距下，主路电弧变化情况如图2所示。

如图2所示，当焊丝间距为2mm和4mm时，主路电弧的偏移量有所减小但是电弧稳定性不足。间距为3mm时主路电弧燃烧稳定，提升焊接稳定性。

图2 不同焊丝间距焊丝间距对主路电弧的影响

3 实验结果讨论

镁合金材料焊接过程中DE-GMAW应用时，焊缝的成型很大部分取决于旁路电流。

旁路电流从140A开始逐渐增大，而焊接中材料电流开始减小，热输入逐渐降低，使得焊缝熔深也处于不断变化的状态。旁路电流保持在160A的情况下，焊接过程中镁合金材料的电流作用最佳，呈现出熔透效果良好、电弧稳定且焊缝成型。超过这个范围就会造成热输入缺乏，导致焊缝发生偏移。在镁合金DE-GMAW焊接过程中，旁路电流是重要影响因素之一。

从脉冲参数方面来看，当脉冲峰值电流达到70A后，焊接材料呈现出较好的拉伸性能。此时，抗拉强度、伸长率、断面收缩率分别为198MPa、12.85%、12.30%。脉冲峰值电流的不合理应用会造成焊接接头断裂，影响焊接效果。

从焊丝间距来分析，焊丝间距影响着焊接主路电弧稳定性。焊丝间距越小，送丝速度随之增大，造成电弧稳定性提高最终减少焊缝偏移情况。通过试验发现间距为3mm情况下，焊接的送丝速度与焊丝的熔化速度最为合适。当间距进一步扩大时，电弧稳定性急剧下降，无法得到良好的焊缝。

4 结语

本文以镁合金DE-GMAW焊接为主要研究内容，通过试验的方法分析焊接过程影响因素。通过本文的研究，有利于DE-GMAW焊接工艺的快速发展，从而促进镁合金材料在各个行业的有效应用。