一、如何采用钨极氩弧焊焊接挤压的AZ31镁合金板材？

目前，镁合金结构件，尤其是型材、板材应用需求不断增加，镁合金连接工艺成为必须解决的问题，而焊接是金属材料连接工艺中最简单普遍的连接方式。相对于钢铁材料及铝合金，镁合金焊接性能较差，焊接问题成为制约其广泛应用的首要问题。因此，镁合金焊接技术的开发和应用对镁合金产业化具有重要的现实意义。在镁合金焊接中，钨极氩弧焊（TIG）因简单实用成为镁合金焊接中最常用的一种焊接方法。那么，如何采用钨极氩弧焊（TIG）对AZ31镁合金进行焊接呢？

例如，对经常应用的6mm厚AZ31镁合金挤压板，有关研究者选择与母材相同化学成分的直径为3mm的AZ31镁合金挤压焊丝（化学成分见表2-1），使用WSME-315型氩弧焊直流焊机，保护气体为纯度99.99％的氩气，焊接参数见表2-2，顺利地实现了6mm厚AZ31镁合金挤压板材的平板对接。

表2-1　AZ31镁合金挤压板材和焊丝的化学成分

表2-2　AZ31镁合金板材直流焊接工艺参数

焊接前母材开60°的V型坡口，对接平板组口方向沿板材挤压方向。焊前先用丙酮清除板材表面油污，然后再用砂纸正反面打磨去除表面氧化膜。焊接过程采用双面填丝焊接工艺。焊后沿焊缝垂直方向取样，并制备不同参数下的焊接接头拉伸试样。

焊接件外观形貌如图2-1所示，焊接接头的焊缝成型美观，鱼鳞状波纹重叠均匀，焊缝无明显的下塌。AZ31镁合金板材双面焊接接头组织如图2-2所示。由图2-2可见，经双面焊接后的镁合金接头组织致密，母材与填充焊丝完全熔合，焊缝中未见气孔、裂纹、未熔合等焊接缺陷。AZ31镁合金TIG焊接头由母材、热影响区、焊缝区组成。AZ31板材母材组织为具有一定取向的等轴晶组织，晶粒尺寸约为10m，如图2-3（a）所示。热影响区由于离μ焊缝较近，受焊接热输入影响发生了再结晶，形成了等轴晶。相对于母材组织，晶粒有所长大，大约为20μm，如图2-3（b）所示。在焊接过程中，V型坡口内填入了AZ31焊丝，焊丝熔化凝固后形成了焊缝，由于焊接定向散热作用，焊缝组织呈现铸态组织特征，晶粒尺寸较大，晶粒约为46μm，如图2-3（c）所示。在焊接过程中，坡口附近母材发生重熔，与熔化的焊丝充分熔合，凝固后形成熔合区，熔合区方向沿坡口方向形成，如图2-4所示，晶粒尺寸比热影响区与焊缝区的晶粒尺寸细小。

图2-1　AZ31镁合金板材焊接方式

图2-2　AZ31镁合金板材焊接接头组织

图2-3　AZ31镁合金板材焊接接头组织

图2-4　AZ31镁合金板材焊接接头母材与热影响区过渡区组织

AZ31镁合金母材与焊接接头拉伸试验结果见表2-3，母材抗拉强度平均值为280MPa，延伸率平均值为21.7％，焊接接头平均强度为241MPa，延伸率平均值为13.8％，抗拉强度与延伸率分别达到了母材的86％和63.6％。拉伸试验时，所有试样的断裂都在热影响区，且焊接接头的拉伸断口呈现韧性-脆性混合断裂的形貌特征，如图2-5所示。

表2-3　AZ31镁合金板材母材与焊接接头力学性能

图2-5　焊接接头拉伸断口微观形貌

由试验可见，采用直流氩弧双面焊接方法，选择合适的焊接工艺完全可以成功地焊接AZ31镁合金挤压板材，且其焊接接头的外观成型美观，力学性能基本满足结构需要。