作為結構材料，鎂合金具有以下特征：良好的比強度和比剛度。鎂合金就強度而言，它的屈服強度略差于碳鋼，接近于鋁合金的屈服強度，同時它的密度僅為鋁的2/3和碳鋼的1/4。所以，與一般的鋁合金以及鎂合金等相比，鎂合金所具有的強度更高，而且，從剛度的角度來講，鎂合金的密度是塑料密度的1.7倍，而它的彈性模量卻是塑料的20倍以上。所以，與塑料相比，鎂合金所具有的剛度要高出很多。基于此，通過選擇與利用鎂合金進行構建的加工制作，能夠在很大程度上降低重量。比如，能夠降低飛機發動機以及外殼、內部支架的重量，研究發現飛機重量減少時，消耗的能源也隨之降低，因此在飛機制造中使用鎂合金可以減少能源的消耗，達到節約能源的目的。良好的鑄造性能。為了使鎂合金鑄件的結構性能良好，鎂合金鑄件的厚度不能超過0.6mm，但是與鎂合金鑄件結構性能相同的塑料鑄件，厚度遠遠大于0.6mm，而鋁合金鑄件要想達到鎂合金鑄件的結構性能，厚度應在1.2-1.5mm之間。除此之外，鎂合金的流動性能強，導熱性能好，鎂合金鑄件厚度較小時結構性能穩定。廢料回收利用率比較高。進行加工制作以及使用的時候，鎂合金能夠反復的進行回收利用。舉例來講，一些具有鎂合金的廢品或由鎂合金制成的廢品可以作為其他牌號鎂合金的輔助材料。在時代不斷發展與進步的同時，要想滿足生產的實際需要，那么，材料必須具備更加理想的綜合性能。鎂合金所具有的性能十分突出，使得很多生產行業對鎂合金的需求量逐年增大，包括汽車生產行業、軍工制造業以及航空航天產業，因此鎂合金的可回收性促進了鎂合金的快速發展。尤其在當今社會，大力提倡綠色環保，這也對鎂合金的發展有了極大的促進。綜合上述的鎂合金各方面的有點，相較于其他材料，鎂合金更具競爭力。盡管鎂合金有很多的優點，但是它也存在一定的缺陷。例如，鎂元素的化學性能較為活潑，容易發生氧化，并且鎂的耐腐蝕性很差。尤其是在高溫環境下，這些缺陷會更加的明顯：鎂的晶體結構是六方結構，在這種情況下，滑移現象能夠得到有效規避，所具有的塑性變形能力并不理想，不適合進行塑性加工;在溫度較高時，鎂合金的機械性能會大大降低，硬度以及拉伸性能等都會明顯下降。1.1.2鎂合金的分類鎂合金的分類一般考慮以下兩個方面：化學成分的不同和成型工藝的差異。(1)化學成分一般來講，鎂合金為在金屬鎂當中進行其他合金元素的添加，進而加工制作形成鎂合金，而且，依據相應的標準能夠對其進行類別界定與劃分，包括二元合金，多元合金以及三元合金。基本上所有的鎂合金都具備多種其他元素。要想突出與簡化其中的關鍵元素，通常將鎂合金分為基于Mg和含量最高合金元素之一的二元合金系統。(2)成型工藝依據成型工藝，能夠對鎂合金進行類別界定與劃分，包括鑄造鎂合金以及變形鎂合金。兩種不同的合金在組織、性能以及成分等層面存在明顯的不同。對于鑄造鎂合金而言，主要包括壓力鑄造鎂合金以及普通鑄造鎂合金。進行加工制作的時候，能夠選擇和利用沖壓以及擠壓等各種不同的塑性變形加工工藝，所獲得的產品就是通常所講的變形鎂合金。鎂合金具有難以形成塑性變形的結構,所以，其所具有的塑性變形能力并不理想。基于此，與鑄造鎂合金相比，變形鎂合金所具有的塑形能力以及強度更加理想。1.1.3鎂及鎂合金的應用鎂合金具有密度低，重量輕，比強度高，比剛度大，易加工，抗震性能好，電磁屏蔽性能好等特點,鎂合金被稱為21世紀最具發展潛力和發展前途的工程材料,在汽車工業、航天航空、家用電器行業和電極材料中都得到了廣泛的應用。(1)鎂合金在汽車工業中的應用鎂合金在汽車工業當中實際運用。眾所周知，鎂的密度不大，這種金屬所具有的機械性能比較差，相比之下，鎂合金的剛度以及強度都十分理想，在性能方面所具有的優勢十分顯著。不僅密度小，而且抗震性能等各項性能優良。正是因為如此，其在汽車工業領域獲得了極為普遍的實際運用。在加工制作汽車零部件的過程當中，選擇和使用鎂合金所具有的優勢可以概括為:能夠嚴格控制汽車的重量，達到節能環保的基本目的。通過進行統計分析得出，汽車消耗的能量的60％消耗在了汽車的重量方面。通過嚴格控制其重量，能夠在很大程度上降低能耗。第二，因為鎂合金所具備的鑄造性能十分理想,能夠進行復雜鑄件的制作,促進集成度的提升,更加嚴格的管理與控制成本，進而使汽車的靈活性得到顯著改善。第三，與碳鋼材料相比，鎂合金所具有的減震性以及阻音性能十分優良。所以，選擇和使用鎂合金，能夠使汽車的減震性能以及降噪性能得到明顯的提高。(2)鎂合金在航天航空領域中的應用就航天航空材料而言，減重以及軸承和功能集成的結構為該領域研究與分析的點。因為鎂合金具備密度小以及高比強度等優良性能，所以，這種材料在該領域當中有著極為普遍的實際運用。在這種情況下，不僅能夠帶來更多的經濟效益，而且，還能夠在性能方面取得巨大的進步。更重要的是，減輕重量可以提高其活動能力，并大大提高戰斗力和生存能力。(3)鎂合金在家用電器行業中的應用隨著時代的不斷發展與進步，民眾收入持續增加，對家電質量提出了更高的要求。基于此，家電逐漸朝著質輕、強度高、薄以及抗沖擊性良好等方面發展。在這種情況下，原有的鋁合金材料以及工程塑料不能夠使民眾的實際訴求得到有效的滿足。在過去的十年當中，很多電子器件制造業強國對鎂合金產品進行了全面的研發設計，在加工制作很多電子產品的過程當中，對鎂合金進行了實際運用，并且也獲得了很多的突破。(4)電極材料在對金屬機構進行腐蝕防護的過程當中，選擇與運用犧牲陽極的方法，有著諸多優勢，比如，電流分散能力突出，便于進行管理維護等等，其在防腐工程領域逐漸得到了極為普遍的實際運用。從現在的實際情況來看，鎂基陽極以及鋁基等逐漸成為了主流犧牲陽極材料。對于鋁基陽極來講，性能十分突出，其密度不大，驅動電位理想，電流效率也不低:鋅基陽極密度比較高，驅動電位相對更低，十分便于進行極化處理:同時，鎂基陽極所具有的的化學活性極為突出，密度不大，在電阻較高的條件當中有著極強的適用性，而且，金屬表面不容易產生致密保護膜，所以，其逐漸成為各個領域關注的焦點。1.2鎂合金的焊接特性和現狀1.2.1鎂合金的焊接性工業領域在對鎂及鎂合金進行實際運用的過程當中，與焊接結構緊密相關，同時，在焊接當中所面臨的問題和鋁合金基本相同。如今，現代化工業對于成本與焊接效率提出了更高的要求。基于此，在全面運用鎂合金的過程當中依賴于焊接質量理想，能耗低的新型鎂合金焊接技術。由于鋁合金以及鎂合金所具有的優點十分突出，所以，其在工業領域當中的應用不斷增多。鎂合金的優點有很多，比如，易燃、性質活潑以及熔點不高等等。在進行焊接的時候，所具有的問題可以概括為：(1)氧化、氮化和蒸發眾所周知，鎂所具有的性質十分活潑，因此，其極易被氧化，進而形成氧化鎂，氧化鎂的熔點很高，這一點和鎂有著明顯的不同。在進行焊接的過程當中，氧化鎂對焊縫成形造成極為不利的影響，同時，在熔入焊縫的情況下，極易引起夾雜的情況下。而且，在進行焊接的時候，氣體保護不理想，氮化鎂Mg3N2在這個過程當中隨之產生，對焊縫接頭的性能造成不利影響，而且，在高溫條件下，鎂會出現蒸發，進而引起環境污染。所以，焊接鎂合金的過程當中，改進與優化氣體的保護十分關鍵。(2)熱裂紋傾向在鎂合金當中進行鋅、銅等金屬的添加，能夠產生部分熔點不高的共品體，比如，Mg-Ni共晶共晶點以及Mg-Al共晶共晶點等。因為Zn的固熔有限，同時，其共晶點僅僅為340℃，在這種情況下，其脆性溫度區范圍比較大，難以避免的產生熱裂紋。此外，在進行焊接的過程當中，極易因激光束能量作用而受到影響，形成熱應力，引起鎂合金板材發生形變，焊接接頭熱裂紋難以得到有效規避。(3)氣孔與燒穿在利用鎂合金進行焊接的過程當中，極易產生氣孔，這是由于母材中存在大量的小氣泡;亦或是形成氫氣，在溫度降低的情況下，氫氣所具有的溶解度明顯降低，使焊縫里面存在的氫氣難以溢出。正是因為如此，在氫氣來源多的情況下，氣孔的數量往往也更多。而且，因為激光焊接能量很高，引起焊縫得到的能量很多，同時，鎂的所具有表面張力并不大，假設在保護氣體流量方面不理想，極易導致焊接過程當中出現焊縫金屬下塌以及燒穿的情況。1.2.3鎂合金焊接方法在實際運用鎂合金的過程當中，鎂合金焊接相關的技術問題同樣是研究領域研究與分析的重點，在這種情況下，焊接技術不斷實現革新與升級。基于此，鎂合金所具有的焊接性能也隨之實現優化。從現在的實際情況來看，相關的焊接技術十分豐富多樣，具體內容可以概括為:(1)鎢極氬弧焊(TIG焊)對于鎢極氬弧焊而言，為借助于惰性氣體的保護，通過電弧填充焊絲以及熔化母材的基本焊接手段。在所有的鎂合金焊接技術當中，這種手段的運用十分常見。依據相應的標準能夠對其進行類別界定與劃分，包括交流氬弧焊以及直流氬弧焊。通過對這種方法進行合理利用，鎂合金能夠得到十分理想的焊縫，實際進行焊接的過程當中，熱量更加集中，出現的形變不大，同時，還能夠便捷的控制焊接電弧。(2)電子束焊接電子束焊接是指使用加速和聚焦的電子束轟擊放置在真空或非真空中的焊接表面以熔化工件以實現焊接。真空電子束焊接是最廣泛使用的電子束焊接。(3)激光焊接激光類型的焊接技術有著鮮明的特點，與一般的氣焊類型焊接技術等進行對比分析能夠得出，前者在進行實際運用的過程當中，能夠對激光束當中的輻射能量進行合理利用，可以很容易的把特定量的激光聚焦到不大的范圍當中,。在這種情況下，能夠在聚焦的情況形成很多能量,高能量脈沖在這個過程當中發揮著關鍵性的作用。所以，從現在的實際情況來看，其在小范圍材料焊接加工領域有著極為普遍的實際運用。而且，因為激光容易進行控制，所以，焊接精準度也隨之得到提高。對于激光類型的焊接技術而言，盡管已經運用了很長時間，但是，其始終面臨著難以形成足夠熱量的難題。實際研發焊接技術的過程當中，業內人士借助于先進技術將活性類型介質激活,同時，還使介質填充在諧振空腔里面,而且，在空腔當中出現振蕩,振蕩產生激光束,激光束能夠與加工材料實現全面接觸,在這種情況下，被加工材料的溫度隨之提高，被照射材料的溫度達到自身的熔點,材料的焊接加工進而順利完成。從第三代激光技術來看，光纖激光器無疑是其典型的代表，所具備的優勢十分突出，比如，光束的質量十分理想，功率比較高等等。如今，從激光焊接研究領域的實際情況來看，對于光纖激光焊接的研究與分析不斷增多。(4)激光-電弧復合焊從根本上來講，激光-TIG復合焊就是把電弧以及激光物理性質存在明顯差異性，能量傳輸機制有所區別的熱源結合，而且，作用在特定加工位置，所具有的基本原理為二者的耦合作用。在這種情況下，能夠使焊接熔深等得到顯著增大，在這個過程當中所形成的金屬等離子體穩定電弧的作用，能夠在很大程度上降低對于激光能量的散射作用以及吸收作用，對于激光的吸收率也隨之實現提升。(5)攪拌摩擦焊在最開始的時候，攪拌摩擦焊在上個世紀九十年代通過英國地區的焊接研究所研發出來，其從屬于新型固相連接技術的范疇。從根本上來講，FSW就是借助于圓柱形以及錐形等攪拌工具扎到工件當中，在這個基礎上，進行攪拌以及摩擦等，最終使焊接工作順利實現的基本連接技術。所具有的優點十分突出，比如，操作并不復雜，十分便捷，能夠有效規避金屬飛濺的問題，工件的缺陷不多，在完成焊接工作的情況下，焊接接頭所具有的力學性能十分理想。1.3研究意義與主要內容1.3.1研究意義如今，鎂合金逐漸在航天、汽車等一系列不同的行業當中實現了普遍的運用。然而，在進行推廣的過程當中，依然存在著連接問題，因為鎂本具備自身的基本性質，引起氧化、裂紋等等各種不同的缺陷問題。與此同時，在時代不斷發展與進步的同時，各項焊接技術也持續實現革新與升級，這使得其中的很多問題都實現了妥善的應對與處理。而且，隨著工業發展要求的不斷提高，其實際運用不斷增多。在這個過程當中，研發出了各種不同的鎂合金，包括AZ系列以及ZK系列等等。這篇文章所采用的鎂合金為變形鎂合金，這種合金當中添加了Mg、Li以及Al等不同的金屬，進行焊接的時候，極易產生Mg17Al2共晶體，這些共晶體的熔點不高，引起固溶體的結晶過程和結晶過程在時間上不一致，進一步使排列不規則的情況產生，最終出現裂紋。而且，在進行焊接的時候，焊縫受到力的影響，導致裂紋變得更加明顯，焊接接頭所具有的力學性能因此而受到極為不利的影響。因此，通過采取相應的應對舉措與辦法，促進焊接接頭質量得到改善十分關鍵。而由于光纖激光焊接為焊接速度快，熱輸入不多的焊接技術，所以，這種方法在該項試驗當中得到實際運用。基于此，這篇文章選擇和利用光纖激光器開展焊接工作，全面的分析各種焊接工藝當中激光焊接接頭組織以及腐蝕性能。1.3.2主要內容本論文研究主要內容有:(1)采用YLS-4000光纖激光器對2.5mm厚的鎂合金進行焊接，對于焊縫成形和焊接工藝當中所具有的對應關系展開全面分析。(2)系統分析激光焊接鎂合金成形的焊接接頭，同時，借助于金相顯微鏡以及掃描電鏡等不同的儀器觀察與分析各種焊接工藝當中焊縫組織、元素分布與、相組成情況。(3)使用維氏硬度儀測試焊接接頭的硬度。(4)選取成形較好的焊接參數下的焊接接頭進行腐蝕試驗，并且分析腐蝕性能的影響因素。實驗規劃2.1實驗材料本次實驗采用LA103Z鎂合金板進行實驗。表2.1.1LA103Z鎂合金試板元素含量(wt.%)LiAlZnFeCuSiMg1032.90.003<0010.23余量2.2實驗方案2.3實驗設備2.3.1焊接設備焊接系統包括：弧焊機器人系統和光纖激光焊接系統，本實驗所采用的是IPGYLS-4000型高功率光纖激光器對LA103Z板材進行焊接，表2-2是弧焊機器人和光纖焊接系統的部分參數：弧焊機器人系統安川HP6D機器人6自由度，荷載6Kg威特力WMS-315逆變直流脈沖氬弧焊機電流/電壓：10A/10V-315A/23V脈沖頻率：15-500HZ占空比：5%-100%MOTOWELDYWE-S360MG焊機額定輸入：18.0KVA，15.0KW工作/空載電壓：36V/64V光纖激光焊接系統型號：IPGYLS-4000標稱功率：4000W運行模式：連續/調制焦距：150/250mm光纖規格：φ200μmX20m輸出功率調整范圍：10-100%輻射波長：1060-1080光斑直徑：0.2/0.33mm表2.3.1弧焊機器人和光纖焊接系統的部分參數下圖為激光焊接器圖示：圖2.3.2光纖激光焊接器2.3.2分析設備本次實驗所需要的分析設備主要有金相顯微鏡，掃描電子顯微鏡，維氏硬度儀以及X射線衍射儀。(1)金相顯微鏡從根本上來講，金相顯微鏡對光電轉換技術以及計算機圖像處理技術等各項先進技術進行了綜合運用，能夠在計算機當中便捷的觀察金相圖像，不僅可以研究金相組織，而且，還能夠實現圖片的打印以及輸出。其把計算機和光學顯微鏡借助于光電轉換進行綜合運用，不只是能夠通過目鏡進行觀察，同時，也可以通過顯示屏幕對動態圖像進行觀察與處理。金相顯微鏡的放大倍數最高能夠達到1000倍，比較適合實驗前期對試樣表面金相組織以及表面劃痕的分析和觀察。本次實驗采用奧林巴斯GX51標準型倒置金相顯微鏡。圖2.3.4金相顯微鏡(2)掃描電子顯微鏡SEM的工作原理是用一束極細的電子光束掃描樣品，在樣品表面激發出次級電子，電子光束的入射角度和次級電子的數量之間存在著緊密的關聯。探測器對次級電子進行收集，轉化成光電信號，在這個基礎上繼續轉化成電信號，實現對電子束強度的控制，掃描圖像隨之顯示出來。由于其為立體形象，因此能夠全面的體現出樣品表面的形貌和組織結構。也有部分試樣導電性能不好，反射出的次級電子數量過少，此時可以對試樣進行噴金處理，從而使樣品的導電性能達到實驗所需的要求。本次實驗采用的掃描電子顯微鏡的型號是上海圣科儀器設備有限公司生產的JEOLJSM-6510型。2.3.5掃描電子顯微鏡(3)X射線衍射儀對于X射線與衍射X射線而言，波長相對較短，能夠通過特定厚度的材料，熒光物質出現發光的現象。晶體內原子面的間距和X射線的波長基本一致。該晶體可用作X射線的空間衍射光柵。當X射線束照射到物體上時，它被物體中的原子散射，并且每個原子產生散射波。這些波相互干擾，結果是衍射。因為衍射波出現疊加，其強度發生不同程度的改變。經過研究衍射結果，可以獲得晶體結構。圖2.3.6X射線衍射儀(4)維氏硬度儀維氏硬度計具有較大的試驗力，只要工件的表面粗糙度符合標準，維氏硬度計就能檢測到它。維氏硬度計用步進電機按壓工件表面，然后用讀數顯微鏡測量壓痕對角線的長度，然后使用對角線和試驗力之間的轉換關系測量維氏硬度。此外，可以安裝維氏硬度計軟件以通過計算機顯示屏顯示圖像。測量硬度值更方便快捷。圖2.3.7維氏硬度儀2.4焊接工藝2.4.1焊前準備(1)試樣表面清理。由于鎂合金易氧化，在存放過程中，試樣表面會與空氣中的氧氣以及水分子發生反應形成一層氧化膜。而氧化膜會對激光焊接焊縫的成型以及后續的腐蝕實驗產生影響，因此在實驗開始前有必要對試樣表面的氧化層進行處理，避免其對實驗結果產生影響。本次實驗采用機械清理的方法去除氧化層，即使用粗砂紙打磨鎂合金表面，去掉表面的氧化物，使其表現出金屬光澤；(2)調試設備，確定激光焊接設備能正常工作。2.4.2焊接參數本次實驗中，激光焊接所考慮的工藝參數主要有激光功率(P)，離焦量(f)，焊接速度(V)以及保護氣體，這些參數的選擇將會對激光焊接接頭的組織形貌產生直接影響，而接頭處的組織形貌又會對鎂合金的腐蝕性能產生影響，因此需要選擇合適的工藝參數進行焊接，主要的工藝參數如下：(1)激光功率(P)與焊接速度(v)根據焊接熱輸入公式:(式3-1)式中:Q為焊接熱輸入(單位:J/mm)，P為激光功率(單位:W)，v為焊接速度(單位:mm/s)。由該式可知，焊接熱輸入與激光功率成比例，當焊接速度恒定并且激光功率增加時，焊接熱輸入也增加。焊接熱輸入與焊接速度成反比，即激光功率恒定，焊接速度減小，焊接熱輸入增加。焊接熱輸入的大小影響激光焊接的熔深。熱輸入越大，焊縫的熔深越大。熱輸入越小，焊縫熔深越小。當焊縫熔深過小時，焊縫熔合效果差，不會焊透;當焊縫熔深過大時，焊縫容易焊穿。因此應該選擇合適的激光功率和焊接速度進行焊接，本次實驗選用的激光功率范圍為2000W-3000W，焊接速度的范圍為300cm/min-500cm/min。(2)離焦量(f)所謂的離焦量指的即是焊接試樣表面和激光束焦點之間的距離，在激光束焦點處在試樣上表面的情況下，離焦量是零。試樣當中的能量將受到正負離焦量的影響，焊縫的組織性能以及成形隨之受到影響。在該項實驗當中，選擇與使用離焦量是加以焊接分析，研究焊縫質量因為離焦量而受到的影響。(3)保護氣體激光焊接中，保護氣體會影響焊縫成型、焊縫質量、焊縫熔深及熔寬，大多數情況下，吹入保護氣體會對焊縫產生積極的影響作用。常用的激光焊接保護氣體主要有N2、Ar、He，本次實驗采用純度為99.99%的氬氣作為保護氣體。(4)激光焊接的工藝參數下表為激光焊接的工藝參數：P/Wf/mmVcm/min200003002000-14002000-2500250004002500-15002500-2300300005003000-13003000-24002.5試樣的制備2.5.1取樣將尺寸為420mm×450mm×3mm的鎂合金板材進行線切割，將其切成60mm×50mm×3mm的試樣，進行激光焊接。將激光焊接后的試樣按照畫好的線切開，右邊沿著焊縫切下四個小樣，用于金相觀察和腐蝕實驗。2.5.2鑲樣本次實驗采用型號為XBH-30的金相鑲嵌料進行鑲樣。樣品在使用前打磨表面并清洗干凈，混合比：粉末/液體=10：8，依據該比例獲取粉末以及液體，在這個基礎上，將其置于杯中，混合均勻后倒入置有樣品的冷鑲嵌模當中，然后鑲嵌料硬化的情況下將樣品取出。（實驗過程應注意制樣環境通風，有利于散發冷鑲劑的氣味和加速冷卻。）圖2.5.1金相鑲嵌料2.5.3粗磨使用400，600,800,1200,1500，2000的水砂紙依次打磨。2.5.4精拋使用0.5μm的拋光膏進行拋光，并在拋光過程中向試樣滴加酒精，防止在拋光過程中試樣表面發生氧化。2.5.5侵蝕按照配比配制4%硝酸酒精溶液，用脫脂棉沾上試劑擦拭拋光好的樣品表面，擦拭至樣品表面剛好開始發黑即可。2.5.6金相觀察使用金相顯微鏡觀察激光焊接后的鎂合金表面形貌。

實驗結果與分析3.1顯微硬度分析根據之前預設的實驗方案，對每個試樣進行顯微硬度測定。試樣焊縫硬度測定如下表所示：表3.1.1試樣的焊縫硬度均值試樣123456789焊縫硬度（均值）1101019110810698969490測定結果表明：不同焊接工藝參數對焊縫的硬度有顯著影響。對部分試樣硬度測定制圖如下圖所示：圖3.1.2部分焊接試樣硬度圖根據測得的1-9號試樣顯微硬度處的結果顯示，在載荷大小為1N及保荷時間為10s時，焊縫和母材的顯微硬度均低于120HV，意味著該合金母材與焊縫的硬度都不高。然而，進行進一步研究得出，焊縫所具有的顯微硬度更高，主要是因為快速冷卻凝固當中產生細晶組織，同時，AlLi相以及α-Mg相隨之增加。而且，二者的顯微硬度值存在一定的差異性，這使各個區域當中顯微硬度存在區別。3.2探究最佳焊接工藝根據預設工藝參數，以焊縫硬度作為試驗指標，以正交試驗探究最佳焊接工藝。表3.2.1預設焊接工藝參數試樣P/Wf/mmVcm/min12000030022000-140032000-250042500040052500-150062500-230073000050083000-130093000-2400表3.2.2正交試驗求解最佳工藝功率離焦量焊接速度焊縫硬度1A1B1C11102A1B2C21013A1B3C3914A2B1C21085A2B2C31066A2B3C1987A3B1C3968A3B2C1949A3B3C290K1101105101K2104100100K3939398極差11123影響程度213最佳方案A2(2500)B1(0)C1(300)首先對激光功率進行分析，即A因素，A因素一共有三個水平，即A1、A2、A3。從表中可得出A1的影響反應處于1號試驗、2號試驗以及3號試驗當中；A2的影響反應處于4號試驗、5試驗以及6號試驗當中。與A因素的1水平相對應的試驗指標總和KA1=110+101+91=302，各指標的平均值為kA1=KA1/3=101。同理可求得KA2=312，kA2=104。根據正交設計的特性，對A1、A2、A3來說，三組試驗的試驗條件是完全一樣的(綜合可比性)，可進行直接比較。如果因素A對試驗指標無影響時，那么KA1、KA2、KA3應該相等，但由上面的計算可見，KA1、KA2、KA3實際上不相等。說明，A因素的水平變動對試驗結果有影響。因此，根據KA1、KA2、KA3的大小可以判斷A1、A2、A3對試驗指標的影響大小。由于試驗指標為焊縫強度，而KA2＞KA1＞KA3,所以可判定A2為A因素的優水平。同理可得出B因素和C因素的結果。B因素：KB1=314，kB1=105；KB2=301，kB2=100；KB3=279，kB3=93。可判定B1為B因素的優水平。C因素：KC1=302，kC1=101；KC2=299，kC2=100；KC3=293，kC3=98。可判定C1為C因素的優水平。由此可得最佳工藝為A2B1C1；即功率2500W，離焦量0，焊接速度300cm/min。極差：一組數據中最大與最小值的差。正交試驗中，極差越大，該因素對實驗結果影響越大可求得各因素的極差：RA=kA2-kA3=11；RB=kB1-kB3=12；RC=kC1-kC3=3。根據各因素的極差大小可知：RB＞RA＞RC，即對試驗結果影響最大的為離焦量，最小的為焊接速度，功率的影響量位于二者之間。正交試驗結論：最佳工藝為A2B1C1；即功率2500W，離焦量0，焊接速度300cm/min。3.3組織成分分析3.3.1金相組織分析本次實驗對LA103Z鎂鋰合金試樣進行了最佳工藝的光纖激光焊接，進而研究其組織和腐蝕性能，首先分析的是鎂鋰合金激光焊接后接頭處的金相組織及接頭各部分金相組織的變化。(a)bdc(a)bdcα-Mgβ-Liα-Mgβ-Li(b)(c(c)(d)(d)圖3.3.1LA103Z鎂鋰合金激光焊接接頭光學顯微鏡照片。(a)激光焊接接頭；(b)鎂鋰合金母材區域，對應圖(a)中b區；(c)鎂鋰合金焊縫區，對應圖(a)中c區域；(d)鎂鋰合金熱影響區域，對應圖(a)中d區域。LA103Z鎂鋰合金激光焊接接頭顯微組織可以參考圖3.3.1。對其進行分析能夠得出激光焊接后的焊縫上下的寬度一致，熱影響區的寬度較窄，意味著鎂合金板材各個表面吸收的能量相同。在焊縫當中同樣沒能發現氣孔和裂紋等缺陷，證明激光焊接的焊接工藝良好。LA103Z鎂鋰合金母材主要由α-Mg和β-Li兩相組成，如圖(b)所示。α-Mg為白亮色分布在黑色的β-Li基體之上。α-Mg當中存在圓形的析出物。再進行激光焊接的情況下，焊縫處的組織如圖(c)所示組織晶粒細小，結構致密。圖(d)為鎂鋰合金激光焊接接頭母材和熱影響區的交界處，從圖中可以看出析出相在母材上分布較少，而在熱影響區上大量分布。造成這一現象的主要原因是在激光焊接的過程中會產生大量的熱量，越接近焊縫的地方溫度就越高，原先在基材上大量分布的α-Mg在高溫狀態下重新結晶，由于激光焊接的速度較快，持續時間短，焊接結束后，試樣會迅速空冷，因此α-Mg來不及再結晶形成原來的相，而是形成了大量的析出相分布在基材上，因此可以看到熱影響區上分布大量的析出相，而母材上析出相分布較少。而焊縫處由于激光焊接時溫度過高，使焊縫處合金熔化，焊接結束后，重新凝固，在這個過程中，析出相由于熔點較低，發生元素蒸發，因此焊縫處金相組織排列整齊，組織致密，析出相分布較少。圖3.3.2LA103Z鎂鋰合金激光焊接接頭熱影響區光學顯微鏡照片。上圖按順序為1-9號試樣激光焊接接頭母材與熱影響區交界處。由圖3.3.2可知鎂合金激光焊接接頭母材處的析出相分布較少，而在熱影響區上析出相分布較多。3.3.2成分分析圖3.3.31號試樣能譜點掃描表3.3.4焊縫的組成成分ElementMass%SigmaAtom%CK11.900.2821.08OK7.020.199.34MgK78.520.3368.74Znk2.560.170.83Total100.00100.00表3.3.5熔合線的組成成分ElementMass%SigmaAtom%CK11.110.2820.04OK4.000.155.42MgK82.140.3373.21Znk1.880.150.62Alk0.880.070.70Total100.00100.00表3.3.6熱影響區組成成分ElementMass%SigmaAtom%CK10.450.2518.95OK4.460.146.07MgK82.300.3173.72AlK0.600.060.49SiK0.080.030.06ZnK2.110.140.70Total100.00100.00對焊縫,熱影響區和熔合線進行點掃描，焊縫，熱影響區和熔合線的能譜如圖3.2.3所示，對比LA103Z基材可知焊縫相較于基材的C元素和O元素含量劇增，且熱影響區和熔合線的C元素和O元素的含量也高于母材，但含量略低于焊縫。C元素含量的劇增是導致焊縫硬度略高于熱影響區及遠高于母材的重要因素之一。焊縫的Mg和Zn相對含量明顯下降。這是由于鋅與鎂的沸點依次是907℃以及1107℃，沸點并不高，進行激光焊接的過程當中，兩種金屬手段沸騰，引起焊接當中高溫熔池當中兩種金屬明顯蒸發，從而使鎂和鋅的相對含量降低。從而可以看出熱影響區的Mg和Zn元素含量相較于焊縫較多。圖3.3.7LA103Z鎂合金母材與焊縫的X射線衍射譜圖。（a）母材；（b）焊縫圖3.3.7為對