螺栓、螺钉和其他螺纹连接用于可拆卸同种合金或异种材料的连接。螺纹连接的优点是结构简单、拆卸方便、连接可靠、生产效率高和成本低廉。

螺栓、螺钉或者其他形式的螺纹连接对于可拆卸的镁合金及其同种或异种材料所形成的构件都比较适用。镁合金的螺纹连接可以和其他材料一样通过拧入、直接铸在部件之中。螺栓、螺钉等的材料选择上，5056 Al 优于 6061 Al，也可以采用强度更高的钢紧固件，但需在钢表面镀 (70-80)% Sn-(20-30)% Zn 或 Zn + 铬酸盐 + 硅酸盐，减少恶劣环境下电偶腐蚀。在镁合金件装配生产中自紧固螺母大量应用，用于镁合金的自紧钢螺母表面一般镀有 Zn 和 Cr。

图1  螺纹连接的基本类型

在螺栓头或螺母下方使用直径合适的 5052 Al 或 6061 Al 垫圈可以减弱电偶腐蚀，减小转矩而不使连接件变形。此外，螺纹垫圈可以压入或热装到镁合金工件上，但拧入式垫圈应用的较多。为使螺纹孔与垫圈配合更好，可采用一次攻丝后再精攻。拧入式垫圈有两种类型：其中一种为管状，螺纹在其外表面，它被拧入到工件的螺纹孔中，这种垫圈可以起到轴承和轴瓦的作用。螺纹也可攻在里面，从而与螺杆、螺栓或其他螺纹紧固件连接。另一种类型是由弹簧线圈精确螺旋而成的螺纹衬套，它用于攻丝孔与螺栓、螺钉或螺杆的配合，螺纹与美国标准系列类似。

图2  用于镁合金工件两种拧入式垫圈

依上所述，按照一般部件的连接方式考虑，螺纹连接可以通过在铸件上加工螺纹孔的方式形成连接；通过在铸件上焊接螺柱的方式形成螺柱连接。然而，对大型镁合金铸件进行螺纹加工，不仅容易出现加工废品，而且会显著增加生产成本。由于镁合金铸件的可焊接性相对较差，焊接螺柱很难实现。

因此，可通过在铸件上预设孔，并应用带有螺纹的弹簧夹片的方式解决螺纹连接问题。高压压镁铸件的铸态孔与螺纹成型紧固件连接在一起，可为装配过程，总体成本优势和接头完整性提供显着优势。设计带有铸件孔的螺纹成形紧固件时，应遵循加工孔设计的一般规则，包括仔细设计变量，例如装配扭矩范围，螺纹啮合长度，孔直径和所需的失效模式。此外，需要特别注意压铸工艺所需的镁铸造部件的拔模斜度（这与螺纹连接的凸台强度有关）。

机械连接后的表面处理和失效

镁合金无论是铆接或者以螺栓、螺钉等形式的螺纹连接，连接的接头暴露在恶劣环境中连接缝隙中也极易产生腐蚀，严重影响接头的连接质量。此外，镁合金构件进行机械连接时采用的异种金属件与构件本身还容易发生电偶腐蚀。因此，行业内采用装配前对零部件做表面处理、对螺纹做表面处理。

螺纹装配后可进行全方位涂胶灌封的方法，以隔绝外部湿气、盐雾进入连接缝隙，达到避免电偶腐蚀的目的，但该方法在工程化应用过程中，由于涂胶量不易控制且影响产品外观，并只适用于不常拆卸的部位，对于需经常拆装的螺纹连接并不适用。

由于镁合金材料的独特性能，在工程应用中，机械连接经常由于疲劳、蠕变和电偶腐蚀等原因发生失效。镁合金机械连接的疲劳失效是镁合金机械连接失效的主要形式之一。其机理是铆接或螺纹连接接头在外部规则或不规则交变应力下被破坏而产生失效。防止镁合金螺纹连接疲劳失效的方法是增加螺纹连接接头的强度。采用强度较高的材料作为连接件是提高疲劳接头强度的有效方法。

III、镁合金的粘接

粘接是利用适宜的胶粘剂将结构件连接在一起的工艺。在车身连接中，粘接一般是和铆接工艺复合使用的。

粘接适用于任意形状尺寸的镁合金与大部分材料的连接，其中主要优点是接头表面光滑且一次能实现大面积的连接。由于胶黏剂可以防止电偶腐蚀和具有良好的减震性，粘接适用于镁合金和其他异种金属间的连接。粘接不会产生应力集中而失效，特别适用于高疲劳强度的连接。镁合金粘结已广泛应用于军用蒙皮、面板的连接中，并且在汽车装配件的原型连接中有广阔的应用前景。

为保持连接结构件的力学性能不降低，镁合金胶接不宜选用需要在高温下晾干的胶粘剂。镁合金胶接接头性能容易随温度而变化，胶接接头的剪切强度一般可达2 MPa，剪切强度和机械连接/焊接比相对较低。

目前车身结构胶与铆接结构胶联合使用的，其主要原因除了结构胶能提高连接点的剪切强度、隔绝异种材料之间的电化学腐蚀外，另外一个重要的作用就是提升铆接点的刚度，增强铆接点的疲劳强度。

镁合金工件粘接前的表面准备极为重要，表面应洁净，无油脂、氧化物及其他污染物。常用的表面清洗方法有溶剂除脂、机械清理和化学处理等。为保证胶接件在恶劣环境中有优良的抗蚀性，工件表面先镀阳极镀层，再喷涂处理，然后胶接/粘接。因为粘接剂的剪切强度往往高于镀层或涂料薄膜，所以表面层应很薄。改性层或阳极复膜层的厚度应小于或等于0.003 mm，喷涂层厚度应小于或等于0.008 mm。电镀层和喷涂层厚度应严格控制，并要仔细清洗去除残留灰尘或不良熔覆层。

镁合金胶接接头的静拉伸剪切强度一般随搭接宽度、工件厚度、加载方向以及粘接剂种类的不同而发生变化。改进的丙烯酸双组份粘接剂已开发出来，可在室温下胶接固化，在-54~93 ℃具有很高的粘接强度。为保证胶接质量，在实际胶接操作中，必须严格控制温度、压力、湿度等工艺参数才能保证最佳效果。生产中可用张力剪切剥离法周期试验，以确保所有变量都得到有效控制。（镁、铝异种金属激光胶接焊工艺的研究，2006）

表1  常见的10种镁合金粘接剂的特性

粘接过程也存在一些共性问题，胶体使用后会造成工作环境污染；胶体的保质期相对较短；加胶后胶体需要一段相对较长的时间进行固化，并且固化期间接头需要固定，工艺复杂；粘接接头剥离强度低、失效不可预测成为粘接工艺的难点和弊端。

案例1：研究者使用2 mm厚 AZ31 变形镁合金，粘接剂由美国通用汽车公司提供的 Terokal  5089 改良型环氧树脂胶结剂。试样为单搭接接头，搭接长度15 mm，宽度25 mm，胶层厚度为0.1 mm。使用粘接剂处理的 AZ31 试样接头的拉伸强度为10.6 kN；通过对镁合金表面做磷化处理后，再对 AZ31 进行粘接，试片的强度值为11.4 kN。化学转化处理在一定程度上提高了镁合金的粘接强度。（AZ31 镁合金表面的磷酸二氢钠磷化处理及粘接性能研究）

表2  Terokal 5089 改良型环氧树脂胶结剂化学组成

案例2：研究者采用激光胶接焊技术和 MIG 胶接点焊技术对镁合金以及镁/铝异种金属的连接进行研究。激光胶接焊后，镁合金板材连接接头的力学性能高于激光搭接焊和胶接两种单独连接方法，拉伸剪切失效载荷可达到7.4 kN，与激光焊接相比提高150%以上，剥离失效载荷达到胶接的160%。对 MIG 胶接电焊技术实现了焊接与胶接优势互补，接头获得了相比于单独点焊更高的拉伸剪切失效载荷（提高200%以上）及扭转失效载荷（提高近10倍），剥离性能与胶接相比提高75%。而且 MIG 胶接电焊接头中焊点提供了130 MPa的剪切强度，这相比于激光焊具有更高的镁/铝异种金属焊接的强度，增加了接头的可靠性。（镁合金及镁铝异种金属胶接技术研究，2011） 

图3  镁-铝激光胶接焊流程图（左）、MIG胶接电焊流程图（右）

案例3：以两块2 mm镁合金板材组合、镁合金和 DP600 钢材组合为例。粘接剂为 Terokal 5087 改良型环氧树脂基有机胶结剂。镁合金在铆接前被预加热到180 ℃来提高塑性。AZ31 与AZ31 镁板搭接，铆接接头的剪切峰值5.1 kN，铆粘接头的剪切峰值为15.8 kN；AZ31 与 DP600 之间搭接，铆接接头的剪切峰值4.2 kN，铆粘接头的剪切峰值为13.9 kN。铆粘相比铆接工艺，极大的提高了接头点 强度。铆粘接头的失效过程最开始是胶层的复合失效，这意味着铆粘接头的峰值载荷由粘接强度决定；随粘接胶失效，铆钉才在后续过程被拔出（王军伟，郑州大学，2010）。引入粘接工艺也能提高铆接板材的疲劳性能。（尚勇，郑州大学，2010）

图4  铆接接头和铆粘接头的对比：铆接接头的切面（左）/铆粘接头的切面

1、镁合金冶金连接：近十年来，镁合金的冶金连接技术取得了长足的进展。为了改进传统的熔焊技术，人们开发了新的熔焊方法及其混合方法；另一方面，采用非熔焊方法也可以减少一些冶金缺陷。在镁及镁合金的各种焊接工艺中，激光焊接和搅拌摩擦焊接有可能成为有效的焊接技术。对于某些镁合金，特别是变形材料，可以获得低孔隙率、表面质量好的无裂纹激光焊接接头。搅拌摩擦焊克服了熔焊中出现的大部分问题。然而，它的缺点，如有限制的焊接/工具设计、需高机械夹紧力限制了它的使用。在这种情况下，仍然需要科学的研究来了解和克服镁合金的可焊性问题。

2、镁合金机械连接：镁合金机械连接常出现疲劳失效、高温失效和电偶腐蚀失效。采用加热自冲铆接、搅拌摩擦盲铆接等铆接方法以及设计好螺纹连接件直径、选择合适的螺纹连接件材料可以分别提高铆接和螺纹连接接头强度，从而提高接头疲劳性能；防止高温失效可通过合金化提高镁合金抗蠕变性能和选择铝制连接件来减小镁合金与连接件金属的热膨胀系数差异；在提高防电偶腐蚀方面，可通过表面处理、连接件材料优化和接头设计优化等方法解决。

3、镁合金连接成本：焊接和连接工艺对几乎所有制造产品的发展都是必不可少的。然而，这些工序往往比预期消耗更多的产品成本，造成更多的生产困难。由于有许多熔焊工艺，制造工程师最大的困难之一是确定哪种工艺能以最低的成本产生令人满意的性能。没有简单的答案。零件几何形状、材料、最终产品价值或生产运行尺寸的任何变化，以及连接设备的可用性，都可能影响连接方法的选择。对于小批量的复杂部件，紧固可能比焊接更可取，而对于长时间的生产运行，焊接可以更坚固，更便宜。

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