镁合金在很多重要行业等对结构重量要求苛刻的高技术领域得到越来越广泛的应用，而镁合金的铸造、塑性变形等零部件的制造以及铸件缺陷的修补都离不开焊接。激光焊接作为一种高能密度焊接方法可以保证较小的热输入且能够对其精确控制，可以缓解传统的TIG及MIG电弧焊镁合金时熔池塌陷、液化裂纹、大的残余应力及变形等问题，因此近年来国内外在镁合金激光焊领域的研究十分活跃虽然激光焊接镁合金时缓解了许多镁合金熔化焊接所特有的问题，但气孔问题尚未得到解决。镁合金的低密度、液态时溶氢量多、结晶时氢溶解度的陡降以及激光焊接深而窄的焊缝形状等不利条件都使镁合金激光焊接气孔的防治非常困难。目前关于镁合金的激光焊接的研究大多集中在焊缝成形、显微组织及力学性能方面，缺乏对镁合金激光焊气孔问题的系统研究。母材的化学成分、制造工艺以及焊接工艺参数对
镁合金激光焊气孔倾向的影响尚不明了， 因此，对镁合金激光焊气孔产生的机理、影响因素以及防治措施进行研究具有一定的学术意义和工程应用价值。
 1.实验
        选用厚度为4 mm的AZ31B、AZ80A变形镁合金，厚度为3 mm的AM60B、AZ91D砂铸镁合金以及厚度为4 mm的AMSOA压铸镁合金板作为被焊接材料，几种镁合金的化学成分如表1所示。实验采用美国PRC生产的3 kW 快轴流CO2激光器进行焊接，用氩气对焊缝进行正、背面保护。实验前将试样表面采用机械及化学方法清洗并去除氧化膜。焊接完成后，选
取试样的典型部位截取焊缝横断面制作金相试样，化学浸蚀后在NEOPHOT32大型金相显微镜下观察和拍照。基于Matlab软件编程对焊缝的横截面金相照片进行图像处理：以合适的阈值形成二值图， 同时进行合适的膨胀运算、腐蚀运算、边界探测、区域填充等运算后通过边缘检测及面积提取计算气孔率(本研究中的气孔率是指焊缝横截面上气孔所占面积的百分比)。
2 .结果与讨论
2．1 气孔形成机理及气孔形成倾向
         关于镁合金激光焊气孔的相关研究认为镁是低熔点高蒸汽压的元素，相比铝合金激光焊来说形成的小孔更加稳定，因此小孔形气孔并不是造成镁合金激光焊气孔的主要原因。镁、锌等低熔点高蒸汽压元素蒸发导致的气孔也只在特定牌号及工艺下才会人晕现。镁合金激光焊中的气孔牛要是氢致气孔，镁合金中氢的溶解度在镁由液态转向固态的过程中有一个突变，溶解度降低60％，即在镁合金凝固的过程中，当氢的析量达到‘定程度的时候，就会以气泡的形式析，义会由十冷却速度过快，气泡来不及浮叶就被凝 导致气孔产乍。对儿种镁合金激光焊缝中的气孔进行观察， 气孔断面大多早现规则的彤，且孔擘光滑，无小孔形气孔所特有的金属冲刷痕迹冬。同时气孔擘未出现锌蒸发所 现的银色颗粒状孔擘，对气孔内壁的EDS分析中并没仃检测剑锌元素，也证实了镁合金激光焊气孔要是氢气孔。
2．2 焊接工艺参数对气子L形成倾向的影响
        南前坷的实验结果可知，变形镁合金AZ31B、AZ80A及砂铸镁合金AM60B激光焊接气孔问题并不突出， 可以在较人的工艺参数范围内得剑无气孔的焊缝， 因此以下 要对气孔倾向较大的砂铸镁合金AZ91D及铸镁合金AM50A激光焊气孔率与工艺参数的天系进行研究。镁合金激光焊氢气孔的形成阜要与焊接过程中氢的行为紧密相关。中频熔炼炉熔池中的氢丰要来源于母材中原始含氢茸(原始小气孑L、扩散氢以及母材表面吸附水)及焊接过程中由周围气氛中溶入的氢(取决于焊接工艺)。激光焊不存在吸水性强的弧柱区，因此熔池中的含氢量很人程度上取决于母材中原始含氢最(含分子氢和扩散氧)。
        在优化的工艺参数(激光功率、焊接速度、止背面气保护角度及流量)下变形及砂铸镁合金均可获得产LTL{~少甚至无气孔的焊缝，而压铸镁合金即使在优化的工艺下气孔问题仍非常突出。在优化的工艺下，熔池的保护充分，焊接过程中溶入的氢较少，带来这种差别的主要原因是母材中的原始含氢量。制造艺本身的特点决定了压铸镁合金母材初始含气量远远火于砂铸及变形镁合金， 而砂铸镁合金含氢量高于变形镁合金。而在同种制造工艺下，化学成分也会影响气孔倾向(如图2中砂铸AZ9lD气孔倾向大十AM60B)，根据Mg—A1二元相图，A1含量的增加扩大了结品温度区间，而在凝固的后期，树枝状的结晶相瓦连接形成一些闭合且有一定程度真空的小空间，析出的氢与这部分真空相合并造成气孔的产生。同时，Al含量的增加使形成的A1 2Mg17增多，根据文献，AI 2Mg1 7相的溶氢量极低，这也会造成后期氢的析出，因此总的来说Al含量的增加提高了气孔倾向。
2．2．1 气体保护条件的影响
        砂铸镁合金AZ91D 激光焊时在激光功率及焊接速度保持一定时改变正面保护气的侧吹角度，焊缝中的气孔发生显著的变化。推测认为当保护气侧吹角度过大(45~及60。时，易形成紊流而将惰性保护气体卷入熔池中形成气泡，由于气泡中氢的分压P ，=0，因此熔池中的氢将不断进入气泡(图5)，这个过程直到气泡中氢分压增加到与熔池中氢的浓度符合[H]= √= 关系时才达到平衡，而激光焊凝固速度快，形成的大气泡来不及逸出留在焊缝中形成气孔。侧吹角度过小时吹除等离体效果变差会影响熔透状态，因此保证熔透且得到成形良
好、低气孔率的焊缝需要正面保护气侧吹角度取合适的值。
        正面保护气不仅影响熔透状态、熔池的保护效果，同时气流对熔池的冲击也会影响焊缝表面成形，因此可调节的范围较小。在正面保护气侧吹角度、流量及其它焊接工艺参数都固定不变时，调整背部气保护流量值，在较小及较大气流量时焊缝中气孔率较高，而在气流量适中时可获得低气孔率的焊缝。分析认为这是由气保护流量过小或过大时都使保护效果变差，氧化加剧，促进氢气泡形核的氧化物基底增多所致。
        对于含气量中等的砂铸镁合金来说，气保护流量的影响较大，而对于含气量低的变形镁合金，即使在背部没有保护，成形非常差的情况下气孔问题也不突出。这可能是由于砂铸镁合金母材中原始含氢量相比变形镁合金来说较高，在保护条件较差时氧化膜易于作为气泡的形核基底，在熔池含氢量较高时易于析出气泡后形成气孔。对于压铸镁合金AM50A，当激光功率非常小时，熔池小而浅，焊缝受热区域小，气孔率很低；而激光功率取较大值时，熔深较人时气孔率增大，向后随着激光功率的增加气孔率的变化规律不明显。只是当功率取较大值时，由于熔池受热区域增加，熔池宽度变大有利于气泡逸出，使气孔率有 定程度的下降，总的来说，激光功率对两种镁合金激光焊缝气孔率的影响均不如气体保护条件大。
3 结 论
1.1镁合金激光焊气孔主要是氢致气孔，其产生的倾向与母材本身制造工艺及化学成分、气体保护条件及焊接工艺参数等因素有关。在优化的工艺条件下，变形及砂铸镁合金激光焊气孔问题并不严重，而母材原始含气量高的压铸镁合金气孔问题十分突出。相同制造工艺的镁合金随着Al含量的增加气孔倾向增大。
2.1通过优化工艺可以解决变形及砂铸镁合金的气孔问题，但对于母材含气量高的压铸镁合金无法奏效。而随焊加热可以在一定程度上缓解气孔问题，但效果仍十分有限。
3.1使用含气量低的填充材料对焊缝中的氢进行“稀释” 以及提高氢固溶度的方法可以在较大程度卜降低焊缝中的气孔率。


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