镁合金相比于传统金属材料,具有密度小、比强度高等诸多优点,且镁资源相当丰富,足以满足人们的使用需求。但是由于镁合金化学性质活泼且热膨胀系数大,它的焊接性很差,铸造镁合金更是如此。这个原因一定程度上限制了铸造镁合金的应用量,所以对铸造镁合金的焊接研究很有必要。目前铸造镁合金的焊接方法主要有激光焊接、搅拌摩擦焊接及钨极惰性气体保护焊接(TIG)。其中激光焊接容易产生气孔,搅拌摩擦焊接对工件形状尺寸要求极高,钨极氩弧焊熔深小,且也容易产生气孔。钨极He+Ar混合气体保护焊熔深较大,成形质量好,适用性强,可以满足铸造镁合金焊接加工的要求。但是氦气比例对镁合金焊缝熔深的影响规律及原因,以及如何在获得大熔深的情况下兼顾良好的焊缝成形和焊接工艺性,仍需要进一步实验。所以本文将对铸造镁合金钨极He+Ar混合气体保护焊熔化特征及行为进行系统研究。为制定成形良好的焊接方案,首先进行了不同参数下的自熔焊接实验。分析了保护气流量及钨极伸出长度对AZ91D镁合金焊缝形貌的影响,总结得到焊接电流、焊接速度及钨极高度对焊接质量和成形尺寸的影响规律。观察了焊接得到的焊缝金相组织,焊缝组织主要由α-Mg及β-Mg17Al12组成,其中β-Mg17Al12呈网状分布在晶界处。从焊缝深处至表面,晶粒尺寸逐渐变小,且β-Mg17Al12含量增加。分析了保护气中不同氦气含量对焊缝成形质量及组织性能的影响。随着保护气中氦气含量增加,焊缝的熔深及深宽比都有很大提高,焊缝形貌质量先提高后降低,晶粒尺寸逐渐变大,但变大的幅度较小。不同氦气含量保护气下焊接得到试样硬度差别较小。实验结果表明,在保护气中加入氦气能有效提高镁合金焊缝熔深,且不会降低焊缝力学性能。为研究在保护气中加入氦气熔深增加的原因,测量了焊接电信号并通过高速摄像观察电弧形态。发现随着保护气中氦气含量增加,正电压及负电压的绝对值都有所增长,同时,电弧形态也变得更加拘束,电弧的阳极半径减小。综合两方面变化,焊缝处能量密度增加,从而增加了焊缝熔深。目前,关于保护气中氦气成分对铸造镁合金焊缝温度场及应力场影响规律的研究较少,所以对铸造镁合金钨极He+Ar混合气体保护焊接过程的模拟十分必要。探究了温度场与残余应力场在不同焊接参数下的变化规律。随着保护气中氦气含量增加,温度场热循环曲线的峰值提高,保温时间更长,残余应力中横向应力有着先增大后减小的现象,而纵向应力以及Mises等效应力都持续减小,且横向应力、纵向应力及Mises等效应力的应力曲线变得更平缓。实验表明,在保护气中加入氦气成分会降低整体应力水平。随着焊接速度增加,焊缝的熔深熔宽下降,横向应力峰值先增加后减小,纵向应力持续增加。随着焊接电流增加,热输入增加,熔深熔宽都有所增加,横向应力峰值同样先增加后减小,纵向应力持续减小。