镁合金焊接自动化：精度与效率的机器人解决方案

镁焊接用于初级制造或维修。

特性

镁合金密度约1.74g/cm³(0.063lb/in³)，铸造态与铝、锰、稀土、钍、锌或锆合金化，显示高强重比，成为减重关键或降低惯性力(高速运动机件)时首选材料。镁约重钢20%、铝67%。镁铸件展现卓越阻尼能力。

• 纯镁熔点650℃(1202℉)。
• 液态固化收缩3.9-4.2%，液态熔点至室温固态收缩9.7%。
• 镁用作某些铝合金生产合金元素。
• 球墨铸铁铸造厂用镁使石墨颗粒球化。也用于其他金属阴极保护防腐蚀。

安全

必须理解遵守安全预防。镁易氧化。机加工车屑或粉末状态遇火剧烈燃烧。机加工须受控条件下进行，备灭火剂。

规格

• 铸造合金覆盖ASTM B80、B94、B199规范。
• 变形合金按ASTM B90、B107、B217。
• 镁合金焊接填充金属按：AWS A5.19镁合金焊条规范、ASTM B448镁合金焊丝裸电极规范、SAE AMS 4397镁焊丝。

特性

镁合金焊接所需热量低于其他材料。但因高导热系数和热膨胀系数易变形，须采取充分预防。

合金元素

镁机械性能太弱不能直接用，须与其他元素合金化赋予改进性能。Mg-Al-Zn组含铝、锰、锌，是室温应用最常见合金元素。Th、Ce、Zr(无Al)用于高温，形成Mg-Zn-Zr组。

合金含量增加降低熔点、扩大熔化范围、增加焊接裂纹倾向。高合金含量需较少热量熔化、限制晶粒生长、显示更高镁焊接效率。

• 铝是提供改进结果最有效成分。2-10%配少量锌锰，增强强度硬度，牺牲延展性。含Al>1.5%镁合金易应力腐蚀，焊后须消除应力。
• 锌配合铝克服铁镍杂质有害腐蚀。Zn含量高(>1%)增加热脆性，导致焊裂纹。
• 锰轻微提高镁合金屈服强度和耐盐水性。熔点较高需更高热输入。焊缝邻近晶粒生长降低强度。
• Th或Ce可提高260-370℃(500-700℉)温度下强度。少量Zr细化晶粒改善焊接性。
• Be有时添加减少熔化时镁燃烧倾向。焊接无不利影响。钎焊合金中可能有益，减少炉钎焊时点火危险。
• Ca少量添加减少氧化，但增加焊裂纹风险。

工艺

镁焊接通常用反极性直流(电极正)电弧工艺。变形合金通常比某些铸造合金更易焊。

镁气体金属电弧焊(GMAW)/熔化极惰性气体保护焊(MIG)金属过渡模式

• 短路过渡模式 — 填充丝每秒多次触工件熄灭电弧，金属以液滴序列供给。
• 脉冲电弧模式 — 电源提供调制电流。电弧不中断，金属中间过渡。
• 喷射过渡模式 — 金属以飞溅液滴过渡。
• 最常用保护气通常为氩气，氦混合气可接受。

镁钨极惰性气体保护焊(GTAW)/钨极氩弧焊(TIG)

• 交流机或反极性直流(电极正)电源，叠加高频电流使用。
• 薄板两者均适用，厚板首选交流因提供更深熔深。
• 直极性直流(电极负)不推荐，因缺阴极清洗作用。

电子束焊镁用于修复含Zn<1%合金昂贵铸件。不同镁合金相对焊接性类似常见电弧工艺表现。

因镁低沸点和Zn更低沸点，易产生空孔和气孔，条件须严格监控。轻微离焦束可助获得合理焊缝。

激光束因低热输入、高速、变形小成镁焊接首选。但此法易产生气孔。

电阻焊镁点/缝焊在变形合金如板材挤压件进行，基本用类似铝的设备条件。

铸件修复：最常见镁焊应用是修复铸件，或铸造态或服役后。准备重要，须排除外来材料污染。应准备大倒角允许全熔透。

预热：镁焊接预热需求由接头约束程度和金属厚度决定：厚壁短焊珠可能不需。预热应在保护气氛炉中进行减少氧化。减少焊裂纹推荐工序：从中心向两侧焊(一半接一半)。避免热冲击。