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[摘 要]本文叙述了镁合金目前的发展及应用，探讨了AZ31镁合金在机器人自动焊接钨极惰性气体保护下的工艺参数，指出了机器人自动焊与半自动氩弧焊的优势和特点，对AZ31镁合金的发展前景进行了分析。
[关键词]AZ31镁合金；机器人焊接；自动及半自动焊接，焊接工艺
中图分类号：TG376 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）47-0343-02
1.AZ31镁合金的性质及特点
室温状态下金属镁的密度是1.74g/cm3，在标准大气压下，金属镁的熔点是（650±1）℃，沸点为1090℃。镁金属的密度小，易于燃烧，这是由于它的物理、化学性质所决定的。工业用镁的纯度最高可以达到99.99%，但是纯镁不能用作结构材料，一般情况下需在纯镁金属中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土等元素，从而形成的镁合金具有较高的强度，可以作为结构材料而广泛应用。
镁合金材料具有以下优点：
（1）重量轻。可以制作3C产品的外壳、内部构件，还是汽车、飞机等零件的优秀材料。
（2）比强度、比刚度高。镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料，为一般塑料的8-12倍。
（3）耐振动性好。在相同载荷下，减振性是铝的100倍，是钛合金的300-500倍。
（4）散热性好。一般金属的热传导性是塑料的数百倍，镁合金的热传导性略低于铝合金及铜合金，远高于钛合金，比热则与水接近，是常用合金中最高者。
（5）稳定的资源。提供镁元素在地壳中的储量居第八位，大部分的镁原料自海水中提炼，所以它的资源稳定、充分。
AZ31镁合金是目前应用最广泛的变形镁合金，其主要化学成分见表1。
2.设备与焊接材料的选择
（1）焊接设备
选用通用6kg焊接机器人进行自动焊接，电源电压220V，机械手臂最大幅度半径1.5m，采用示教盒的示教/执行操作系统。
焊接过程中机器人行走路径采用MOVL直线行走，行走速度为5-15v/ mm·s-1。
（2）焊机
采用钨极惰性气体保护焊进行焊接，采用钨极喷嘴，氩气作为保护气体。
（3）焊接材料
AZ31镁合金试板300*100mm，3mm厚度薄板。
3.焊接工艺参数选择
在机器人自动焊接AZ31镁合金薄板之前，设计五组焊接工艺参数，具体工艺参数见表2-表6。
4.工艺参数分析
通过5组不同的焊接工艺参数，观察焊缝并比较焊缝质量得出结论，选择第3组焊接工艺参数所得到的焊缝质量最为优秀，焊缝外观美观。
第一组焊接工艺参数，选择较小的焊接电流，较细的焊丝，采用这样的焊接工艺，对于薄板镁合金工件来说，产生较大的焊脚角度，极容易产生未焊透的焊接缺陷。采用第二组焊接工艺参数，增大了焊接电流，虽然降低了焊缝的焊脚角度，但是仍然采用直径为1.0mm的焊丝进行自动化焊接，焊后达不到所要求的焊缝熔宽，不能形成良好的焊缝成形系数。
第三组焊接工艺参数相对来说是比较完整的一套工艺，无论从焊接电流的选择，还是焊丝直径的选择，都恰到好处，能够形成良好的焊缝成形系数，焊缝外观美观，不容易出现未焊透以及塌陷等焊接缺陷。
第四组焊接工艺是在第三组焊接工艺的基础上，增大了焊接電流以及焊接速度，通过实践结果显示，这显然不符合镁合金薄板的焊接工艺，一方面焊接电流的增大，容易使镁合金薄板产生焊穿的焊接缺陷，另一方面焊接速度的增大极容易对焊接工件造成损害，因此不建议增大焊接电流以及焊接速度。通过实验，第五组的工艺参数数据更不符合AZ31镁合金薄板的焊接。
5.镁合金的应用前景
全球镁合金的需求年均增长达到12%左右，西方镁合金的市场需求增长率达到了18%？以上，未来镁合金的市场需求将呈现快速增长的趋势。镁合金主要应用于汽车、3C、航空航天领域，其中应用于汽车产业（74%）、3C行业（22%）、军事和航空航天（14%）。
目前，镁合金主要作为以下汽车零件使用：仪表盘和托架、座椅框架、转向柱部件、手动变速箱壳体、发动机进气管、气缸盖等。其它的如需要安全及高断裂韧性的零部件，也将是镁合金正在并将继续深入拓展应用的领域，如座椅框架、车身保护板、发动机前的散热格栅加強板及一些车身结构支撑件。
随着镁合金结构件在汽车上的广泛使用，镁合金结构件的焊接也日益得到了重视。从焊接工艺来看，主要集中在氩弧焊、激光焊、非真空电子束焊、摩擦焊等方面。尤其以氩弧焊、激光焊居多，但由于镁合金的性质活泼、熔点低、导热快、热膨胀系数和线膨胀系数大等特点，氩弧焊时易造成镁合金的热影响区宽、晶粒粗大、焊件变形严重等缺陷，激光焊时易造成气孔、裂纹等焊接缺陷。
6.总结
（1）镁合金材料具重量轻；比强度、比刚度高；耐振动性好；散热性好；稳定的资源等优点，这就足以使镁合金在日后的工业生产中优广泛的应用。
（2）焊接机器人的出现，增加了焊接生产率，大大提高了焊接的效率，降低了人工的成本，降低了对焊工的技术水平的要求，很大程度上保证了焊缝的质量。
（3）通过实验对比，对于AZ31薄板镁合金自动化焊接应选用焊接电流10～15 I/A，焊丝直径1.0φ/mm，焊接速度5～8 v/ mm·s-1，钨极直径3.2φ/mm，气体流量5-10 Q/L·min-1，喷嘴直径20φ/mm此时的焊接工艺参数焊接质量最佳。
（4）为实现人类社会的可持续发展，对新一代汽车产品在安全、环保和节能方面提出了更为严格的要求，为节省材料和能源，以轻量化为主导的先进汽车材料技术的发展战略。因此，镁合金将是汽车工业中最有发展前景的轻金属结构材料。
[关键词]AZ31镁合金；机器人焊接；自动及半自动焊接，焊接工艺
中图分类号：TG376 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）47-0343-02
1.AZ31镁合金的性质及特点
室温状态下金属镁的密度是1.74g/cm3，在标准大气压下，金属镁的熔点是（650±1）℃，沸点为1090℃。镁金属的密度小，易于燃烧，这是由于它的物理、化学性质所决定的。工业用镁的纯度最高可以达到99.99%，但是纯镁不能用作结构材料，一般情况下需在纯镁金属中加入铝、锌、锂、锰、锆和稀土等元素，从而形成的镁合金具有较高的强度，可以作为结构材料而广泛应用。
镁合金材料具有以下优点：
（1）重量轻。可以制作3C产品的外壳、内部构件，还是汽车、飞机等零件的优秀材料。
（2）比强度、比刚度高。镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当，而远远高于工程塑料，为一般塑料的8-12倍。
（3）耐振动性好。在相同载荷下，减振性是铝的100倍，是钛合金的300-500倍。
（4）散热性好。一般金属的热传导性是塑料的数百倍，镁合金的热传导性略低于铝合金及铜合金，远高于钛合金，比热则与水接近，是常用合金中最高者。
（5）稳定的资源。提供镁元素在地壳中的储量居第八位，大部分的镁原料自海水中提炼，所以它的资源稳定、充分。
AZ31镁合金是目前应用最广泛的变形镁合金，其主要化学成分见表1。
2.设备与焊接材料的选择
（1）焊接设备
选用通用6kg焊接机器人进行自动焊接，电源电压220V，机械手臂最大幅度半径1.5m，采用示教盒的示教/执行操作系统。
焊接过程中机器人行走路径采用MOVL直线行走，行走速度为5-15v/ mm·s-1。
（2）焊机
采用钨极惰性气体保护焊进行焊接，采用钨极喷嘴，氩气作为保护气体。
（3）焊接材料
AZ31镁合金试板300*100mm，3mm厚度薄板。
3.焊接工艺参数选择
在机器人自动焊接AZ31镁合金薄板之前，设计五组焊接工艺参数，具体工艺参数见表2-表6。
4.工艺参数分析
通过5组不同的焊接工艺参数，观察焊缝并比较焊缝质量得出结论，选择第3组焊接工艺参数所得到的焊缝质量最为优秀，焊缝外观美观。
第一组焊接工艺参数，选择较小的焊接电流，较细的焊丝，采用这样的焊接工艺，对于薄板镁合金工件来说，产生较大的焊脚角度，极容易产生未焊透的焊接缺陷。采用第二组焊接工艺参数，增大了焊接电流，虽然降低了焊缝的焊脚角度，但是仍然采用直径为1.0mm的焊丝进行自动化焊接，焊后达不到所要求的焊缝熔宽，不能形成良好的焊缝成形系数。
第三组焊接工艺参数相对来说是比较完整的一套工艺，无论从焊接电流的选择，还是焊丝直径的选择，都恰到好处，能够形成良好的焊缝成形系数，焊缝外观美观，不容易出现未焊透以及塌陷等焊接缺陷。
第四组焊接工艺是在第三组焊接工艺的基础上，增大了焊接電流以及焊接速度，通过实践结果显示，这显然不符合镁合金薄板的焊接工艺，一方面焊接电流的增大，容易使镁合金薄板产生焊穿的焊接缺陷，另一方面焊接速度的增大极容易对焊接工件造成损害，因此不建议增大焊接电流以及焊接速度。通过实验，第五组的工艺参数数据更不符合AZ31镁合金薄板的焊接。
5.镁合金的应用前景
全球镁合金的需求年均增长达到12%左右，西方镁合金的市场需求增长率达到了18%？以上，未来镁合金的市场需求将呈现快速增长的趋势。镁合金主要应用于汽车、3C、航空航天领域，其中应用于汽车产业（74%）、3C行业（22%）、军事和航空航天（14%）。
目前，镁合金主要作为以下汽车零件使用：仪表盘和托架、座椅框架、转向柱部件、手动变速箱壳体、发动机进气管、气缸盖等。其它的如需要安全及高断裂韧性的零部件，也将是镁合金正在并将继续深入拓展应用的领域，如座椅框架、车身保护板、发动机前的散热格栅加強板及一些车身结构支撑件。
随着镁合金结构件在汽车上的广泛使用，镁合金结构件的焊接也日益得到了重视。从焊接工艺来看，主要集中在氩弧焊、激光焊、非真空电子束焊、摩擦焊等方面。尤其以氩弧焊、激光焊居多，但由于镁合金的性质活泼、熔点低、导热快、热膨胀系数和线膨胀系数大等特点，氩弧焊时易造成镁合金的热影响区宽、晶粒粗大、焊件变形严重等缺陷，激光焊时易造成气孔、裂纹等焊接缺陷。
6.总结
（1）镁合金材料具重量轻；比强度、比刚度高；耐振动性好；散热性好；稳定的资源等优点，这就足以使镁合金在日后的工业生产中优广泛的应用。
（2）焊接机器人的出现，增加了焊接生产率，大大提高了焊接的效率，降低了人工的成本，降低了对焊工的技术水平的要求，很大程度上保证了焊缝的质量。
（3）通过实验对比，对于AZ31薄板镁合金自动化焊接应选用焊接电流10～15 I/A，焊丝直径1.0φ/mm，焊接速度5～8 v/ mm·s-1，钨极直径3.2φ/mm，气体流量5-10 Q/L·min-1，喷嘴直径20φ/mm此时的焊接工艺参数焊接质量最佳。
（4）为实现人类社会的可持续发展，对新一代汽车产品在安全、环保和节能方面提出了更为严格的要求，为节省材料和能源，以轻量化为主导的先进汽车材料技术的发展战略。因此，镁合金将是汽车工业中最有发展前景的轻金属结构材料。