5052铝合金激光焊接焊缝及其气孔研究

摘要

高强铝合金是轻量化中替代钢材的理想材料，但对于铝合金的连接依然存在很多问题，激光焊接由于能量密度高、热输入集中等优点而明显优于其他连接方法，但焊缝中最常出现的气孔问题仍有待进一步研究。本研究采用3kW半导体激光器，探究5052铝合金的对接焊焊缝形貌和气孔问题并提出解决方案。
　　 研究发现，激光功率、焊接速度以及离焦量对焊缝表面形貌的影响较大，而保护气流量对其表面形貌相对影响较小。激光功率和焊接速度过大或过小都不能得到良好的表面形貌;离焦量在-2mm到+1mm区间能得到良好焊缝形貌。
　　 焊缝组织在横向方向上组织变化明显，焊缝区域为明显的树枝状晶粒，且晶粒尺寸粗大，焊缝热影响区域非常窄小，为明显的柱状晶组织，由于激光焊接的速度非常快，对熔池的快速加热和冷却作用，导致焊缝热影响区晶粒明显细化，柱状晶生长方向垂直于熔合线向焊缝中心延伸。由于母材中合金元素的蒸发烧损及熔池的重力作用，使得焊缝的顶部底部均有少量凹陷，焊缝中心硬度较母材及热影响区降低。
　　 气孔的产生使得焊缝的有效工作截面减小、机械性能下降，尤其是工艺气孔。其主要形成原因是激光深熔焊接过程熔池中匙孔的不稳定，匙孔前沿产生坍塌将气体卷入封闭，无法逃逸出的气体便形成气孔。研究表明，不同激光功率、焊接速度及保护气流量时，匙孔的大小和稳定性都不同，从而影响焊缝中的气孔数量。
　　 最后在对接焊时采取预置间隙的方式探究其对焊缝气孔的影响。研究发现，在合适间隙时，匙孔稳定性增强，熔池中卷入的气体经过间隙逃逸出去，从而使工艺气孔数明显减少，焊缝抗拉强度得到提高，但是随着间隙变大，焊缝中材料减少，焊接过程将无法进行。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 铝合金性能及应用

1．3 铝合金焊接技术的研究现状

1．3．1 铝合金焊接性

1．3．2 铝合金的焊接方法

1．3．3 激光焊接

1．3．4 铝合金激光焊接研究现状

1．4 本文主要研究内容

第2章 铝合金激光焊接工艺试验

2．1 试验设备

2．2 试验材料

2．3 试验方法

2．4 激光功率对焊缝表面形貌的影响

2．5 焊接速度对焊缝表面形貌的影响

2．6 离焦量对焊缝表面形貌的影响

2．7 保护气体流量对焊缝表面形貌的影响

2．8 本章小结

第3章 铝合金激光焊接气孔及焊缝金相组织

3．1 引言

3．2 激光功率对焊缝气孔影响

3．3 焊接速度对焊缝气孔影响

3．4 气流量对焊缝气孔影响

3．5 焊缝金相组织分析

3．6 本章小结

第4章 间隙对焊缝气孔的作用

4．1 引言

4．2 实验方法

4．3 间隙对气孔的影响机理

4．4 间隙对焊缝力学性能的影响

4．5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢