5754铝合金激光填丝搭接焊缝成形及气孔的研究

摘要

激光焊接技术具有焊接质量高、精度高、焊件变形小、焊接过程效率高以及无需真空条件等优势,目前成为研究铝合金焊接的热点之一。激光填丝焊接在保留激光自熔焊接优势的基础上,又克服了激光自熔焊接对工件加工和装夹要求高等问题,而且可以通过填入焊丝提高焊缝的成形质量,调整焊缝成分、补充易烧损的金属元素。但是焊丝的加入使得焊接过程变得复杂,因此对于铝合金的激光填丝焊接在国内研究较少。本研究采用先进的4kW光纤激光器和具有稳定送丝能力的焊机,研究了搭接形式下,激光填丝焊接5754铝合金的焊接性。
　　研究表明,焊接速度对于焊缝的表面成形的影响最大,焊接速度过小或过大都会得到成形不好的焊缝;而焊缝表面成形质量对激光功率和送丝速度具有较高的容忍度,在较大范围内改变送丝速度和激光功率,都得到了成形良好的焊缝;增加送丝速度,焊缝熔宽变化不明显,焊缝堆高增加。此外,激光功率和焊接速度与焊缝熔深呈线性变化的关系,增大激光功率、减小焊接速度,焊缝熔深线性增加;增加送丝速度,焊缝熔深呈阶梯式减小,减小幅度并不明显。
　　5754铝合金是Al-Mg系的简单共晶型合金,有α和β两相,β相是Mg2Al3化合物,α和β能够形成共晶体。激光填丝焊接5754铝合金,得到的典型接头分为母材区、焊缝热影响区和焊缝区。横向硬度从大到小分别是焊缝区、母材区和热影响区,焊缝纵向硬度变化不大;激光焊接焊接速度快,焊缝热影响区很窄,但组织较为粗大,力学性能最差。焊缝区从上部到下部组织分布有区别,上部晶体生长时间较长,有较为粗大的α相晶体生成,下部枝晶和共晶组织分布较为均匀。
　　焊缝中的工艺气孔对焊缝性能有很大影响,它的形成原因是激光深熔焊接过程中,由于匙孔发生的机械扰动,一部分金属蒸汽形成气泡,焊缝凝固后成为工艺气孔。改变激光功率和焊接速度,会改变熔池中的温度分布从而改变焊缝中匙孔的稳定性,进而影响焊缝中工艺气孔的形成。研究发现,焊接速度越大,气孔率越小;激光功率越大,气孔率越大;在一定范围内改变送丝速度,气孔率变化不大。
　　最后,在研究了焊接参数对工艺气孔影响的基础上,本文还研究了如何在搭接焊缝中设置合适的间隙来减小工艺气孔。研究发现,预留一定的间隙有利于减小工艺气孔的形成;在合适的间隙条件下,熔池中所形成的气泡通过间隙逃逸出焊缝,从而能够降低工艺气孔的含量。预留一定的间隙,在减小气孔含量的同时,还能够提高搭接焊缝的剪切强度。

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 铝合金先进焊接技术

1.3 激光焊接原理与光纤激光器的简介

1.4 激光填丝焊接的优势和关键技术

1.5 本研究主要内容

第二章 工艺参数对铝合金激光填丝搭接焊接焊缝成形的影响

2.1 试验准备及方法

2.2 激光功率对焊缝表面成形及熔深的影响

2.3 焊接速度对焊缝表面成形及熔深的影响

2.4 送丝速度对焊缝表面成形及熔深的影响

2.5 本章小结

第三章 焊缝组织特征

3.1 铝合金焊接冶金原理与焊缝组织

3.2 铝合金激光填丝搭接接头的显微硬度

3.3 本章小结

第四章 工艺参数对铝合金激光填丝搭接焊接焊缝气孔的影响

4.1 铝合金激光填丝焊接过程中的气孔问题

4.2 试验准备及方法

4.3 激光功率对焊缝气孔的影响

4.4 焊接速度对焊缝气孔的影响

4.5 送丝速度对焊缝气孔的影响

4.6 本章小结

第五章 间隙对铝合金激光填丝搭接焊缝气孔的影响

5.1 减小工艺气孔含量的方法

5.2 试验准备及方法

5.2 间隙对气孔的减小作用及机理

5.3 间隙对搭接焊缝力学性能的影响

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 主要结论

6.2 建议与展望

致谢

参考文献

附录 作者攻读硕士学位期间论文发表情况