含稀土镁合金焊接技术的研究现状

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含稀土镁合金焊接技术的研究现状

杨　翔a, 曹丽杰b, 王　斌b, 黄　皇a, 廉　硕a, 林尚著a

(上海工程技术大学 a.材料工程学院；b.机械工程学院, 上海 201620)

摘要： 随着交通运输领域节能减排和轻量化需求的提高,镁合金体现出了广阔的应用发展前景.含稀土镁合金是近年来开发的新型镁合金,稀土元素在镁中具有很强的固溶强化和沉淀强化作用,可以改善镁合金组织和微观结构,提高镁合金的室温强度、高温强度和蠕变抗力,增强镁合金耐蚀性和耐热性.分析了稀土镁合金的性能特点,综述了近年来国内外稀土镁合金焊接技术(电弧焊、激光焊和搅拌摩擦焊等)的研究现状,并对稀土镁合金焊接研究方向进行了展望,可以为进一步扩大稀土镁合金在航天航空、军工和汽车等领域的应用提供技术支持.

关键词： 镁合金;稀土; 电弧焊; 激光焊; 搅拌摩擦焊

镁合金具有质轻、低污染、高阻尼、可再生等优点,已成为继钢铁、铝之后的第三大金属结构材料.镁合金良好的机械加工性能、优异的比强度和良好的耐热性能,在航天航空、军工和汽车等领域是极具吸引力的[1].大众汽车(Volkswagen)在其甲壳虫汽车上首次使用22 kg镁合金.在国外,2005年、2010年和 2015年镁合金在轿车上的使用量分别为3、 20和50 kg/辆[2].根据《2013—2017年中国镁合金行业市场前瞻与投资预测分析报告》，2015年国内汽车用镁合金达68 kg/辆.镁合金在生物医用领域也有巨大的优势和潜力.镁的性能基本符合骨组织工程多孔支架的要求,即具有较低的弹性模量和适当的强度,以及良好的生物相容性等[3].因此,镁合金有条件成为一种理想的替代骨组织的工程支架材料.

对用于制造汽车、航空航天零部件的镁合金来说,仅考虑其常温短时静载下的力学性能是不够的.稀土镁合金具有强度高、韧性好、蠕变抗力大的优点，稀土的加入，改善了镁合金的焊接性.稀土镁合金在汽车、航空航天等领域的推广和应用都离不开其焊接技术的发展.本文对稀土镁合金的特点及国内外焊接技术研究现状进行了综述.

1　含稀土镁合金的特点

含稀土镁合金包括在Mg-Al系和Mg-Zn系合金中加入稀土(Rare Earth,RE)形成Mg-Al-RE、Mg-Zn-RE和Mg-RE系合金,稀土有Nb、Y、Gd、Th、Ce、Sm、Dy、Sc等元素.稀土的加入极大地影响了镁合金的组织和性能,主要体现在[4-5]:

1) 熔体净化.稀土在镁合金熔体中具有除氢、除氧、除硫、除铁、除夹杂物的作用,达到除气精炼、净化熔体的效果.

2) 熔体保护.镁合金在熔炼过程中极易氧化燃烧,稀土为镁合金熔体的表面活性元素,能够在熔体表面形成致密的氧化膜,阻止熔体和大气的接触,提高镁合金熔体的起燃温度.

3) 细晶强化.稀土在固/液界面前沿富集引起成分过冷,过冷区形成细等轴晶.此外,稀土的富集阻碍了α-Mg晶粒的长大,进一步促进了晶粒的细化.

4) 固溶强化:当稀土固溶于镁基体时,由于稀土与镁的原子半径和弹性模量的差异,使镁基体点阵畸变.由此产生的应力将阻碍位错运动,使镁基体得到强化.

5) 弥散强化.稀土与镁或其他合金化元素在合金凝固过程中形成高熔点的金属间化合物,这些细小化合物粒子弥散分布于晶界和晶内,在高温下可以钉扎晶界,阻碍位错运动,强化合金基体.

6) 时效沉淀强化.稀土元素在镁中的固溶度随温度降低而下降,高温下的单相固溶体快速冷却时,形成不稳定的过饱和固溶体,经过长时间的时效,则形成细小而弥散的析出沉淀相.

2　稀土镁合金的焊接方法

镁合金熔点低、热导率大、热膨胀系数大、化学活性强且易于氧化,因此，镁合金焊接时会出现以下问题:

1) 气孔.焊接时,当焊缝冷却,氢在液态镁中的溶解度下降,高温溶解的氢来不及溢出,在焊缝凝固过程中形成氢气孔；此外，激光焊时不稳定的匙孔坍塌也会引起气孔.

2) 裂纹.镁合金中合金元素越多,其凝固温度区间越大,冷却收缩率越大,合金中的低熔点中间相致使镁合金对热影响区液化裂纹和凝固裂纹敏感.

3) 氧化物夹杂.当温度为450 ℃时,镁开始氧化,表面的MgO熔点高达2 500 ℃,变得疏松,卷入焊接熔池形成夹杂.

4) 焊接变形.镁合金热膨胀系数越大,焊后热应力越大.同时，合金元素烧损、焊缝塌陷,都会使得焊接变形变大.

稀土镁合金常用的焊接方法有电弧焊、激光焊、激光-电弧复合焊和搅拌摩擦焊接(固态焊).

2.1　电弧焊

钨极气体保护(TIG)焊和熔化极惰性气体保护(MIG)焊为常用的电弧焊接方法.TIG焊为钨电极和工件之间产生的电弧热来熔化母材和填充焊丝形成焊缝；MIG焊为可熔化的焊丝与焊件之间的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属,保护气体有氩气和氦气.采用TIG和MIG焊接镁合金时,母材及填充金属的表面要进行处理,而且须经焊前预热.

Mg-Gd-Y系合金是为汽车轻量化开发的耐热镁合金,用来替代铝合金而作为汽车发动机结构材料.曾显恒[6]研究了20 mm厚的镁合金(Mg-4.9Gd-3.0Y-0.02Mn-0.002Zr)的钨极氩弧焊焊接工艺.通过改变焊接电流、焊接速度和氩气流量后,得到不同焊接工艺下接头的抗拉强度、屈服强度和显微组织.焊缝晶粒较细小,热影响区晶粒尺寸大于母材,焊缝向热影响区过渡区域界面吻合很好,如图1所示.由图可见，焊接电流为175 A、焊接速度为5 mm/s、氩气流量为11 L/min时焊接接头的抗拉强度和屈服强度都随着TIG焊接电流先增大，后减小的趋势变化，而焊接速度对接头强度影响不大;随着氩气流量的增加,焊接接头的抗拉强度和屈服强度都先增加而后减小,之后又开始增加；最佳的抗拉强度和屈服强度都接近母材.

图1　　　　Mg-Gd-Y合金TIG焊接接头(焊缝+热
　　　影响区)显微组织
Fig.1　　　　Microstructure of TIG welded joint(welding
　　　 line+heat affected zone)

吴安如[7]用TIG焊焊接了轧制AZ31-Ce、AZ61-Ce、AZ91-Ce、ZK60-RE镁合金,焊接电流为110 A、板厚为2～4 mm.探索稀土Ce对Mg-Al-Zn系合金焊接接头显微组织及力学性能的影响,寻求提高焊接接头有效系数的稀土的最佳含量(质量分数w,全文同).研究Nd、Y在ZK60合金焊缝中的分布规律和对改善高Zn含量镁合金焊接接头性能的作用.对AZ31-Ce、AZ61-Ce来说,Ce与Al在凝固过程中形成高熔点的Al4Ce化合物,消耗了合金中部分的Al,减少了粗大的Mg17Al14析出相的数量.同时Ce能在焊缝金属凝固时引起成分过冷而细化晶粒，从而提高焊接接头抗拉强度,提高焊接接头的有效系数,见表1[7].

表1　AZ+Ce 轧制板材焊接接头拉伸试验结果

Table 1　　　　Tensile testing results of welded joint of AZ+Ce rolling sheet

试样编号轧制态母材强度/MPa接头强度/MPa接头有效系数断裂区域1 AZ31286188.70.66熔合线2 AZ31+0.2%Ce292207.30.71HAZ3 AZ31+0.5%Ce302205.40.68HAZ4 AZ31+1.0%Ce301251.10.81HAZ5 AZ31+1.5%Ce304205.50.74HAZ6 AZ61318200.30.63熔合线7 AZ61+0.5%Ce341224.60.71HAZ8 AZ61+1.0%Ce350273.00.78HAZ9 AZ61+1.5%Ce344261.10.76HAZ

ZK60合金中，同时添加稀土Nd、Y后,焊接接头有效系数由无稀土元素ZK60合金的0.48提高至0.75.对ZK60-2.0%Nd-1.0%Y合金焊接接头母材、热影响区(HAZ)、焊缝进行面扫描和能谱分析,发现同一元素在母材分布均匀,而在焊缝偏聚严重,Nd以第二相的形式富集在枝晶间,如图2 所示.稀土Nd、Y在凝固过程中,与Mg、Zn形成化合物Mg12Nd、Mg24Y5,不仅强化了晶界,减少了晶界上MgZn含量,还有效地降低了Zn在凝固过程中的有害作用,避免了焊接热裂纹的出现,大幅度提高了焊接接头抗拉强度和焊接接头的有效系数.

徐永东等[8]采用TIG方法焊接了2.5 mm的 Mg-Nd-Gd-Zn-Zr稀土镁合金.利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X线衍射(XRD)仪等分析了焊接接头的组织特征,并对显微硬度和抗拉强度进行了测试.结果表明:焊缝的相组成主要为α-Mg和GdMg5相,未检测到在母材中存在的Mg41Nd5.焊缝的显微硬度在焊缝边缘存在低点,焊缝强度约为母材的80%.

图2　ZK60-2.0%Nd-1.0%Y合金焊接接头SEM形貌和能谱分析

Fig.2　SEM morphology and EDX of ZK60-2.0%Nd-1.0%Y alloy welded joint

压铸镁合金由于在压铸过程卷入了气体,其熔化焊接的气孔问题严重.杜娟[9]采用TIG自熔焊和填丝焊方法,对压铸镁合金熔化焊接气孔进行了研究.压铸镁合金钨极氩弧焊焊接气孔主要集中在焊缝近表面和熔合线附近,焊缝中心气孔相对较少.随着焊接电流的增大,焊接接头的凸起面积、熔化区面积、气孔率均不断增加.焊缝中的大气孔为氮气孔,小尺寸气孔主要为氢气孔.

对于AM60合金,添加含Zr元素镁合金焊丝后,Zr能与H反应生成不可逆的ZrH2化合物,焊缝气孔减少.添加含有富Nd混合稀土AZ61镁合金焊丝,能够降低焊缝中的气孔率,这是因为富Nd混合稀土增加镁合金对H的固溶度,与H反应生成稳定的氢化物,提高气泡逸出速度,减少了氢气孔,并通过提高气泡逸出速度的机制在一定程度上减少了氮气孔[9].

2.2　激光焊接

激光焊具有能量密度高、热影响区小、焊缝深、熔合区小、残余应力低和焊接变形小等优点,是一种焊接镁合金的良好方法.镁合金激光焊接的问题在于:镁合金对激光束的吸收率低，易于氧化，热导率高，热扩散率大和易于形成低熔点共晶,在液态镁中溶解度大.因此,激光焊接镁合金会出现一些焊接缺陷,如焊接过程不稳定、飞溅、熔池塌陷、烧穿、氧化物夹杂、合金元素烧损、液化和凝固裂纹,对铸造合金还有大量的气孔形成[10].目前,对激光焊接Mg-Al-Zn(AZ series)、Mg-Al-Mn(AM series)镁合金研究很多[11-15],而对Mg-RE研究较少.

NZ30K合金在汽车领域具有潜在的应用价值,其室温屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为142、305 MPa和11%.Fu等[16]研究了激光功率、焊接速度和热输入对NZ30K激光焊缝成形、接头组织和性能的影响.结果表明,随着激光功率的增加,焊缝正面熔宽变化不大,而背面熔宽增加;焊缝正面和背面熔宽随着焊接速度的增加而减小.随着焊接热输入量增加,NZ30K合金焊接接头抗拉强度增加；焊缝熔透后,抗拉强度随热输入增加变化不大,最大抗拉强度达到母材强度的79.8%.

戴军等[17-18]采用高功率CO2激光器对厚板9.5 mm的NZ30K合金进行焊接工艺研究.探讨了功率、焊接速度、离焦量、侧吹气体流量和背面保护气体流量等焊接工艺参数对焊缝成形的影响.焊缝断面呈现小孔焊形状,如图3(a)所示.随着激光功率增加,焊缝背面熔宽和背面余高明显增加,焊接热输入量增加,焊缝上表面产生凹陷,激光功率增加使熔透能力增强,引起焊缝下榻,如图3(b)所示.激光焊缝中心为等轴晶,焊缝组织中元素Nd和Zn存在明显的成分偏析,主要富集在焊缝晶粒晶界处,拉伸试样断裂在接头熔合线区域.

图3　NZ30K板激光焊缝横截面形状和焊缝成形参数

Fig.3　Cross-sectional shape and weld forming parameters of NZ30K laser welding beam

隗成澄等[19]进行了NZ30K、AZ31B异种镁合金CO2激光焊接,正面采用He气侧吹,背面采用Ar气保护,激光作用的强烈搅拌和极快的冷却速度,致使两种母材熔合后熔入部分的成分未扩散均匀,形成混合区的分层组织,如图4所示.XRD发现接头中有α-Mg、β-AL12Mg17和Mg12Nd相,各元素在焊缝中的分布存在一定浓度梯度.

Al-Kazzaz等[20]利用Nd:YAG激光器焊接ZE41A-T5(Mg-4.2Zn-1.2Ce-0.7Zr)镁合金,利用混合模型理论计算了2 mm和6 mm厚板的对接激光焊缝匙孔的形成和焊缝断面的几何形状.模型预测结果和试验结果很好吻合,熔深、缝宽和熔合区面积随着焊接速度增加而降低,激光功率降低或增加离焦量,会降低表面功率密度,焊接模式从全熔透的匙孔焊接转向半熔透的匙孔焊接,并且最终转变为热导焊接.YAG激光对2 mm和6 mm厚板的加工效率分别为13%和20%～25%.由于激光在2 mm厚板的匙孔内多重反射次数少,因此,激光对2 mm厚板耦合效率低于6 mm厚板的耦合效率.

图4　NZ30K-AZ31B异种镁合金CO2激光焊缝中的波浪夹杂
Fig.4　Wave impurity in heterogeneity magnesium NZ30K-AZ31B CO2 laser welding beam

激光-电弧(TIG、MIG)焊接是利用激光和电弧热的复合热源进行焊接.一方面,激光与电弧相互作用后,电弧电压趋向稳定,激光对电弧具有明显的吸引和压缩作用;另一方面,电弧等离子体会吸收激光能量,造成激光能量的大幅衰减;再方面，电弧等离子体的“负透镜效应”使激光束产生散焦和偏折,由于等离子体对激光能量的吸收与激光束的波长成正比,因此，CO2激光穿过电弧后的能量损失要比YAG激光高得多[21].

低功率YAG激光-电弧复合焊接实现了AZ系列镁合金的焊接.低功率激光-电弧复合热源焊接接头的熔深可分别达TIG焊接接头熔深的2倍、激光单独焊接的4倍以上[22].TIG 电弧促进激光小孔形成,电弧减弱了激光等离子体对激光能量的吸收和散焦作用,低功率激光提高了电弧的稳定性,导致电弧能量密度提高[23].低功率YAG激光-MIG脉冲电弧复合焊接时,低功率激光可以减小电弧的有效截面面积,增大促进熔滴过渡的等离子流力,从而改变熔滴过渡的方式及频率,实现对镁合金焊接过程的稳定控制,减少焊接飞溅[24].对于稀土镁合金的激光-电弧复合焊接还有待于继续开展研究.

2.3　搅拌摩擦焊接

搅拌摩擦焊接(FSW)是一项新型固态连接技术,自1991年英国焊接研究所(TWI)发明以来,已经快速应用于多个行业领域,如航空航天、汽车制造、铁路、海事装备等.和传统的熔焊相比,FSW具有独特的优点:焊接温度低于熔点,避免了熔焊的再凝固过程的第二相、气孔、脆化、裂纹,焊接变形；焊后的残余应力小,焊接过程不需要填丝，不使用保护气体，无飞溅、无弧光、无污染.所以FSW对于结构材料是理想的连接方法[25-26].FSW焊接的变形量仅为熔接的1/12～1/3,影响FSW焊接质量的参数有焊接(移动)速度、搅拌头的旋转速度、搅拌头和轴肩形状、倾角等,图5为FSW示意图.

图5　FSW示意图

Fig.5　Schematic diagram of FSW

和铝合金一样,FSW技术用于稀土镁合金,焊接接头同样分为3个区:

1) 焊核区(WNZ).此区域晶粒发生动态再结晶,晶粒为等轴细晶,硬度值最高.

2) 热机械影响区(TMAZ).此区域热变形特征,晶粒沿变形方向拉伸,硬度值低于焊核区.

3) 热影响区(HAZ).此区域晶粒尺寸与母材相当,第二相粗化,硬度值低于母材[27].

接头显微硬度呈倒V型分布,焊核区硬度最高,热机械影响区和热影响区硬度均有所下降,硬度最低区域为热机械影响区和热影响区的交界处[27-28].对cast+T6态Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金进行FSW发现,原母材中形成的与基体共格半共格的β″和β′相在剧烈的搅拌摩擦过程中溶解消失,搅拌区通过动态再结晶达到一个过饱和固溶体状态.在TMAZ区,透射电镜(TEM)微结构发现镁合金基体中有大量位错结构,并形成了亚晶粒;母材中具有的120°交错分布的析出相不复存在.在HAZ区,非平衡的β″和β′已经转化为粗化的平衡β相,由于平衡相与基体不共格,其强化效果将会减弱,使合金的力学性能下降.

Mg-10Gd-3Y-0.5Zr为耐热镁合金,搅拌摩擦加工(FSP)可以提高其力学性能[29],原因是该合金中的网状粗大的β-Mg5(Gd,Y)相发生溶解,晶粒明显细化,铸态合金强度和韧性大大提高,FSP后时效处理,在细晶Mg基体出现沉淀的β″和β′相,抗拉强度和屈服强度分别达到439 MPa 和330 MPa.

何旭单[28]研究了NZ20K合金的FSW工艺及不同的热处理工艺对接头组织演变和性能的影响规律.当旋转速度为1 100～1 300 r/min,焊接速度为100～150 mm/min时,可得到成形良好、无缺陷的焊接接头.接头室温下的抗拉强度最高为156 MPa,达到母材的75%,延伸率为4.33%,断口呈现脆性断裂特征.合金中的第二相粒子Mg12Nd在200 ℃的高温下,热稳定性好,晶粒和晶界中的 Mg12Nd 稀土相能够锁定晶界,减少晶界滑移和位错滑移,从而明显改善接头的高温强度和塑性.在200 ℃下,接头的抗拉强度也达到137 MPa,只比室温下降了12%;而AZ31 镁合金接头在200 ℃下的抗拉强度只有100 MPa,与室温相比下降了44%.NZ20K 稀土镁合金搅拌摩擦接头在225 ℃时效处理8 h后,抗拉强度达到最大,为184 MPa.

杨素媛等[30]对7 mm 厚板Mg-Gd-Y系稀土镁合金进行FSW,对接接头表面光滑,没有裂纹.显微组织特征显示接头有明显分区,各区域晶粒度存在差异.搅拌头旋转速度和焊接速度合理搭配,可使抗拉强度达到母材的 87%,断后接头延伸率达到母材的 84%.前侧热机械影响区的硬度最低,断口为解理断裂,断口可见镁与稀土元素 Gd 和 Y 形成的形状规则、颗粒细小的第二相粒子.

燕翔等[31]开展了Mg-Gd-Zn 稀土镁合金挤压板材FSW工艺的摸索试验,焊缝前侧金属受切应力较大,塑化流动加剧,而温度停留时间相对较短,形成织构组织的金属未能发生再结晶,所以在焊核区与热机械影响区形成了清晰的界面.该合金焊缝的热机械影响区的组织变形程度相对小于铝合金,主要与 Gd 的三元相Mg26Zn58Gd7与强化相MgGd3和 GdZn相比,三元相热稳定性好,能够钉扎晶界,阻止晶界滑移,从而强化晶界.焊缝拉伸试件裂纹起始于焊缝前侧的热机械影响区,拉伸断口特征为脆性断裂,焊缝抗拉强度达到了母材的90%.

3　结　语

随着强度高、韧性好、高温抗蠕变性能优异的稀土镁合金的不断开发,镁合金在航空航天、电子、汽车、通信等领域也将得到应用.解决稀土镁合金焊接技术问题，会更加扩大其应用范围.由本文研究可知,焊接方法只限于TIG焊、MIG焊、激光焊接和搅拌摩擦焊接.在这些方法中,研究主要集中在焊接工艺、焊缝接头组织和拉伸性能.而接头疲劳强度、弯曲强度、冲击强度，以及接头的耐腐蚀性、抗蠕变性能和接头使用寿命等有待于再作研究.对稀土镁合金A-TIG 焊、超声波焊、高频焊、电阻焊、电子束、钎焊的也有待今后继续研究.

参考文献:

[1]　丁文江.镁合金科学与技术[M].北京:科学出版社,2007.

[2]　KULEKCI M K.Magnesium and its alloys applications in automotive industry [J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2008,39(9):851-865.

[3]　袁广银,章晓波,牛佳林,等.新型可降解生物医用镁合金JDBM的研究进展[J].中国有色金属学报,2011,21(10):2476-2488.

[4]　张景怀,唐定骧,张洪杰,等.稀土元素在镁合金中的作用及其应用[J].稀有金属,2008,32(5):659-667.

[5]　吴玉娟,丁文江,彭立明,等.高性能稀土镁合金的研究进展[J].中国材料进展，2011,30(2):1-9.

[6]　曾显恒.焊接工艺参数对汽车发动机用Mg-Gd-Y合金焊接接头组织和性能的影响[J].铸造技术,2015,36(4)：1019-1021.

[7]　吴安如.含稀土镁合金细晶化、塑性变形再结晶、时效脱溶及焊接性研究[D].长沙:中南大学,2006.

[8]　徐永东,胡绳荪,朱秀荣.TIG焊Mg-Nd-Gd-Zn-Zr合金焊缝组织和性能[J].焊接技术,2011,40(12):12-14.

[9]　杜娟.压铸镁合金熔化焊接气孔的形成机理及消除措施[D].重庆:重庆大学,2014.

[10]　CAO X,JAHAZI M,IMMARIGEON J P,et al.A review of laser welding techniques for magnesium alloys [J].Journal of Materials Processing Technology,2006,171(2):188-204.

[11]　WAHBA M,MIZUTANI M,KAWAHITO Y,et al.Laser welding of die-cast AZ91D magnesium alloy [J].Materials & Design,2012,33:569-576.

[12]　SCINTILLA L D,TRICARICO L,BRANDJZZI M,et al.Nd:YAG laser weldability and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy butt joints [J].Journal of Materials Processing Technology,2010,210(15):2206-2214.

[13]　QUAN Y J,CHEN Z H,GONG X S,et al.Effects of heat input on microstructure and tensile properties of laser welded magnesium alloy AZ31[J].Materials Characterization,2008,59(10):1491-1497.

[14]　SHEN J,WEN L B,LI Y,et al.Effects of welding speed on the microstructures and mechanical properties of laser welded AZ61 magnesium alloy joints [J].Materials Science and Engineering:A,2013,578(8):303-309.

[15]　KOLODZIEJCZAK P K,KALITA W.Properties of CO2 laser-welded butt joints of dissimilar magnesium alloys [J].Journal of Materials Processing Technology,2009,209(2):1122-1128.

[16]　FU P H,PENG L M,JIANG H Y,et al.Effects of heat treatments on the microstructures and mechanical properties of Mg-3Nd-0.2Zn-0.4Zr alloy[J].Materials Science and Engineering：A,2008,486(1/2):183-192.

[17]　戴军,黄坚,吴毅雄.激光焊接工艺参数对稀土镁合金焊缝成形的影响[J].轻合金加工技术,2010,38(7):53-56.

[18]　戴军,杨莉,郭国林,等.稀土镁合金激光焊接接头的组织与性能研究[J].热加工工艺，2014,43(3):161-163.

[19]　隗成澄,黄坚,戴军,等.异种镁合金AZ31与NZ30K激光焊接接头分析[J].中国激光,2011,38(12):1203002-1-1203002-6.

[20]　AL-KAZZAZ H,MEDRAJ M,CAO X,et al.Nd:YAG laser welding of aerospace grade ZE41A magnesium alloy:modeling and experimental investigations[J].Materials Chemistry and Physics,2008,109:61-76.

[21]　肖荣诗,吴世凯.激光-电弧复合焊接的研究进展[J].中国激光,2008,35(11):1680-1685.

[22]　宋刚.镁合金低功率YAG激光-氩弧复合焊接技术的研究[D].大连:大连理工大学,2006.

[23]　LIU L M,HAO X F.Improvement of laser keyhole formation with the assistance of arc plasma in the hybrid welding process of magnesium alloy [J].Optical and Lasers in Engineering,2009,47(11):1177-1182.

[24]　王聪.镁合金脉冲MIG焊及低功率YAG激光脉冲电弧复合焊接工艺研究[D].大连:大连理工大学,2011.

[25]　GIBSON B T,LAMMLEIN D H,PRATER T J,et al.Friction stir welding:process,automation,and control [J].Journal of Manufacturing Processes,2014,16(1):56-73.

[26]　MA Z Y.Friction stir processing technology:a review [J].Metallurgical and Materials Transactions A,2008,39(3):642-658.

[27]　许理.Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金搅拌摩擦焊接研究[D].长沙:中南大学,2012.

[28]　何旭丹.Mg-Nd-Zn-Zr 稀土镁合金搅拌摩擦焊接头组织和性能研究[D].镇江:江苏科技大学,2014.

[29]　XIAO B L,YANG Q,YANG J.et al.Enhanced mechanical properties of Mg-Gd-Y-Zr casting via friction stir processing [J].Journal of Alloys and Compounds,2011,509(6):2879-2884.

[30]　杨素媛,钟红然,陶逸诗,等.稀土镁合金搅拌摩擦焊接接头组织及性能分析[J].稀有金属,2013,37(1):33-37.

[31]　燕翔,李宝华,何志宏.稀土镁合金搅拌摩擦焊焊缝组织及性能研究[J].航天制造技术,2013(5):12-16.

(编辑: 张敏)

文章编号： 1009-444X(2016)02-0106-07

收稿日期： 2016-03-14

基金项目： 上海工程技术大学大学生创新训练计划资助项目(CS1505013)

作者简介： 杨　翔(1993-),男,在读本科生,研究方向为机械加工技术.E-mail:[e-mail]通信作者： 曹丽杰(1968-),女,副教授,硕士,研究方向为材料加工工程.E-mail:[e-mail]

中图分类号： TG 45

文献标志码： A

Research State of Welding Technologies of Magnesium Alloys with Rare Earth Metals

YANG Xianga, CAO Lijieb, WANG Bin b, HUANG Huanga, LIAN Shuoa, LIN Shangzhua

(a.College of Materials Engineering; b.College of Mechanical Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China)

Abstract： With the urgent requirement of energy-saving and light weight in transportation industries in recent years,magnesium alloy exhibits abroad development prospect in industry application.Magnesium alloy with rare earth metals is a new type alloy developed in recent years.Rare earth elements have strong solution and precipitation strengthening effects in magnesium alloys,which can improve the microstructure,increase the strength at room and high temperatures,as well as creep resistance,corrosion resistanc and heat resistance.The performance features of rare earth magnesium alloy were analyzed,and the research situations of rare earth magnesium alloy’s welding technologies at home and abroad were summarized,including electric-arc welding,laser beam welding and friction stirring welding etc..The foreground of welding research directions were put forward,which can provide technical supports for broad applications in aviation,military and automobile industries.

Key words： magnesium alloy; rare earth; electric-arc welding; laser welding; friction stir welding(FSW)