由于環保節能減排、碳達峰、碳中和等壓力日益凸顯,輕量化將是汽車制造的必然趨勢。輕量化概念最早起源于賽車運動,它的優勢是保持安全性能前提下,減重能夠帶來更好的操控性和加速度等;而實現汽車輕量化制造主要通過:結構設計、新材料運用和新加工工藝等途徑來實現,其中新材料主要是鋁、鎂等有色金屬。
在汽車制造中,鋁合金以及鋁鋼復合結構等材料已經在關鍵零部件中取代傳統的鋼鐵材質,而鎂合金作為一種新型的結構材料,在汽車制造中占比還是比較少。目前,歐洲和美國汽車每輛汽車使用鎂合金零件5.8-23.6kg,我國汽車單車用量不到10kg,究其原因,鎂合金難焊接是限制鎂合金汽車零部件大量應用的關鍵技術難題。
采用熔焊方法實現鎂合金的高質量焊接難度很大,原因如下:
1、由于鎂的氧化性極強,在焊接過程中易形成氧化膜(MgO),易在焊縫中形成夾雜,降低焊縫性能。在高溫下,鎂還容易和空氣中的氮發生化學反應生成鎂的氮化物,弱化接頭的性能。
2、鎂的沸點不高,這將導致在電弧高溫下很容易蒸發。
3、由于熱導率大,故焊接鎂合金時要用大功率熱源、高速焊接,易造成焊縫和近焊縫區金屬過熱和晶粒長大。
4、鎂合金熱膨脹系數較大,約為鋁的1~2倍,在焊接過程中易產生大的焊接變形,引起較大的殘余應力。
5、由于鎂的表面張力比鋁小,焊接時很容易產生焊縫金屬下塌,影響焊縫成形質量。
6、與焊接鋁合金相似,鎂合金焊接時易產生氫氣孔。氫在鎂中的溶解度隨溫度的降低而減小,而且鎂的密度比鋁小,氣體不易逸出,在焊縫凝固過程中會形成氣孔。
7、鎂合金易與其他金屬形成低熔點共晶組織,在焊接接頭中易形成結晶裂紋。當接頭處溫度過高時,接頭組織中的低熔點化合物在晶界處會熔化出現空穴,或產生晶界氧化等,即所謂的“過燒”現象。