镁合金铸造缺陷焊接修复技术研发

镁合金铸造缺陷焊接修复技术研发

申发明

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江哈尔滨 150000

摘要：本文主要探讨了镁合金铸造过程中常见的缺陷及其修复技术，介绍了气孔与气泡、热裂纹、夹杂物、重晶石析出、缩松与缩孔等缺陷的成因以及修复方法，包括焊补修复、预热焊接、气孔填充焊接、氩弧焊接等，为确保修复效果，还强调了焊接材料选型、优化焊接工艺和后热处理等关键步骤的应用。

关键词：镁合金铸造；缺陷；修复技术

镁合金作为一种轻质高强度材料，在航空航天、汽车制造等领域有着广泛的应用前景。然而，镁合金铸造过程中常常会出现一些缺陷，如气孔与气泡、热裂纹、夹杂物、重晶石析出、缩松与缩孔等，影响着铸造件的质量和可靠性。因此，开展有效的修复技术研究，对这些缺陷进行处理，具有重要的工程意义。

1、镁合金铸造常见的铸造缺陷

1.1 气孔与气泡

气孔和气泡是由于铸造过程中镁合金液态金属中溶解的气体无法完全逸出导致的，这些气体可以是空气中的氧、氮，或者是镁合金中含有的氢等。在液态金属凝固过程中，这些气体受阻于金属的凝固前沿而形成气孔或气泡。见图1.

图1  气泡图

1.2 热裂纹

热裂纹是由于铸造过程中镁合金凝固收缩不均匀，造成内部应力积累，最终导致组织断裂的现象。一般发生在高温状态下，因为镁合金的凝固收缩范围较大，容易引起裂纹。见图2.

图2  热裂纹图

1.3 夹杂物

夹杂物是指在铸造过程中，外部杂质（如氧化物、硅等）或非金属颗粒被夹杂在镁合金中。这些夹杂物会对合金的力学性能和耐腐蚀性能造成负面影响。

1.4 重晶石析出

重晶石是一种常见的镁合金中的化合物，其析出通常发生在合金的凝固过程中。如果合金成分设计不合理或凝固速度过快，就会导致重晶石析出不均匀，引起铸造件的强度降低。

1.5 缩松与缩孔

缩松与缩孔是由于铸造过程中合金液态凝固收缩导致体积减小，如果凝固收缩不均匀或有阻碍，则会在铸造件内部形成缩松或缩孔。这些缩松或缩孔会降低铸造件的密度和强度[1]。

2、镁合金铸造缺陷焊接修复技术

2.1 气孔与气泡修复

修复气孔与气泡的方法之一是预热焊接。通过预热，可以减少焊接过程中的温度梯度和收缩应力，降低新的气孔和气泡产生的风险，并提高镁合金的可塑性，使焊接过程更加稳定。在进行焊接修复时，要选择合适的焊接材料，焊丝和填充材料的选择需要与基材相匹配，避免引入新的缺陷，确保焊接接头的质量。针对较大的气孔，可以采用气孔填充焊接方法，通过使用合适的焊丝或填充材料将气孔区域进行填补，确保焊接接头的密实性和完整性。同时，氩弧焊接是另一种常用的修复气孔与气泡的焊接方法，在氩弧焊接过程中，可以建立稳定的气氛，减少氧气对焊接的干扰，从而降低气孔和气泡的产生率。当然，为了进一步提高焊接接头的性能，后热处理也是一个重要的步骤。通过适当的后热处理，可以消除焊接过程中产生的应力和缺陷，提高焊接接头的强度和耐腐蚀性。

2.2 热裂纹修复

为了修复热裂纹，需要采取相应的焊接修复技术，下面详细介绍热裂纹修复的方法：①确定裂纹类型与位置：在进行热裂纹修复前，首先需要对裂纹类型和位置进行全面的检查和识别。根据裂纹的形态和分布情况，选择合适的焊接修复方法。②优化焊接工艺：热裂纹的修复对焊接工艺的优化和控制要求较高。焊接参数的选择包括焊接电流、焊接速度、预热温度、焊接材料等。通过合理的焊接工艺设计，控制焊接过程中的温度和应力分布，可以有效减缓裂纹的扩展和产生。③应用预热与后热处理：预热是热裂纹修复中常用的方法之一。通过预热焊接区域，可以降低焊接时的温度梯度和热应力，减少热裂纹的产生。此外，后热处理也是重要的步骤，通过适当的退火或淬火处理，有助于消除残余应力和改善焊接接头的组织和性能。④选择合适的焊接材料：对于不同类型的热裂纹，需要选择合适的焊接材料。焊接材料应与基材的成分相匹配，以确保焊接接头的一致性和稳定性。⑤控制焊接速度：控制焊接速度是防止热裂纹产生的重要因素之一。过快的焊接速度会导致焊接接头局部温度过高，增加热应力，从而促使热裂纹的形成。适当降低焊接速度，有利于减缓裂纹扩展的速度。

2.3夹杂物修复

夹杂物的存在会降低铸造件的力学性能和耐腐蚀性能，因此，采用有效的修复技术对夹杂物进行处理是十分必要的。夹杂物修复的方法通常涉及以下几个关键步骤：①夹杂物识别与表征：在夹杂物修复过程中，首先需要对铸造件进行仔细检查和表征，识别夹杂物的类型、尺寸、分布和数量。这有助于确定修复方案和采取适当的措施。②焊接剂的应用：采用合适的焊接剂是夹杂物修复的重要环节。焊接剂是一种特殊的焊接材料，可以吸附并帮助排除夹杂物。在焊接过程中，焊接剂会与夹杂物发生化学反应，使其变得易于清除。③清洁焊接环境的保障：在进行夹杂物修复焊接时，保持焊接环境的清洁和干净十分关键。通过在焊接区域提供干燥、无尘和无油污的环境，可以最大程度地减少新的夹杂物的产生，确保焊接质量。④优化焊接工艺：选择合适的焊接参数和工艺，对焊接接头进行修复。优化焊接工艺可以避免过度加热或应力集中，从而减少夹杂物的扩散和产生。

2.4重晶石析出修复

修复重晶石析出的方法包括优化合金成分设计和改进铸造工艺。通过合理选择添加剂和合金元素，可以减少重晶石的析出倾向，降低缺陷产生的概率。同时，调整铸造工艺参数，例如浇注温度、冷却速度和冷却方式，有助于控制合金的凝固速度，减少重晶石的形成。此外，在进行重晶石析出修复时，选用合适的焊接材料也至关重要。焊接材料的成分应与基材相匹配，避免引入新的缺陷。通过优化焊接工艺，控制焊接参数和工艺，可以减少焊接过程中的热影响区和残余应力，降低重晶石析出缺陷的产生率。

2.5 缩松与缩孔修复

在铸造过程中，通过合理调整铸造工艺参数，例如浇注温度、浇注速度和冷却时间，可以减缓合金液态凝固收缩速率，从而降低缩松与缩孔的产生。此外，采用合适的冷却剂和冷却方式也有助于改善铸造件的凝固结构，减少缩孔和缩松的形成。对于较大的缩松与缩孔，可以采用外加热源的方法进行修复，通过在缩松与缩孔区域施加局部加热，促进局部金属液体的流动和补充，填补缩松与缩孔的空隙，从而减少缺陷的大小和数量。对于一些较小的缩松与缩孔，可以采用填充材料的方法进行修复，填充材料应与基材相匹配，并具有较好的耐腐蚀性能，填充材料会填补缩松与缩孔的空隙，提高铸造件的密度和强度。对于较为严重的缩松与缩孔，可以采用热补焊接的方法进行修复，热补焊接属于一种高温焊接技术，可以在缩松与缩孔区域进行局部熔化和补焊，消除缺陷并提高焊接接头的强度。

参考文献：

[1]陈怡,邹文兵,郭龙涛等.铸造镁合金的焊接修复技术研究现状及发展方向[J].材料导报,2020,34(15):15126-15131.