6061鋁合金大功率固體激光掃描焊接氣孔抑制工藝研究.pdf

1、鋁合金具有質(zhì)量密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕性好、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性優(yōu)良的特性，是航空航天、交通運(yùn)輸、武器裝備等制造領(lǐng)域的重要應(yīng)用材料。激光焊接由于具有焊接速度快、材料的熱損傷小、焊接變形小等優(yōu)勢，在鋁合金的焊接加工制造中越來越受到重視。鋁合金激光深熔焊接的一個(gè)主要問題是極易產(chǎn)生氣孔缺陷。按鋁合金激光深熔焊接氣孔的形成原因，可將其分為冶金型氣孔和小孔型氣孔兩類。其中小孔型氣孔是鋁合金激光深熔焊接所特有的一類氣孔，傳統(tǒng)的電弧熔焊抑制氣孔的方式如良好的

2、工件焊前雜質(zhì)清除和良好的焊接過程保護(hù)無法抑制此類氣孔的產(chǎn)生，尤其在未焊透結(jié)構(gòu)的情況下小孔型氣孔缺陷幾乎無法避免，因而影響了激光在鋁合金焊接加工中的應(yīng)用。
　　本論文以6061鋁合金為研究對象，采用大功率固體激光光束掃描焊接的方式，研究了掃描軌跡、掃描幅度、掃描頻率等激光掃描焊接參數(shù)對鋁合金激光深熔焊接小孔型氣孔缺陷的抑制規(guī)律及焊縫成形規(guī)律。
　　研究表明，光束垂直于焊縫掃描、平行于焊縫掃描及采用圓形掃描三種不同的掃描軌跡均對

3、小孔型氣孔有抑制作用，其中采用光束圓形軌跡掃描對抑制小孔型氣孔更為有效。不同的光束掃描幅度及掃描頻率對抑制小孔型氣孔缺陷的效果不同，采用圓形掃描軌跡，在激光功率為4kW、焊接速度為2m/min的焊接條件下，當(dāng)掃描幅度低于0.3mm時(shí)，激光掃描焊接很難抑制氣孔的產(chǎn)生；當(dāng)掃描幅度在0.4mm-0.6mm之間變化時(shí)，氣孔率滿足 ISO激光焊接B級標(biāo)準(zhǔn)（最嚴(yán)格）所對應(yīng)的掃描頻率為150Hz-220Hz；當(dāng)掃描幅度大于0.7mm時(shí)，由于激光小孔特

4、征消失，因此不產(chǎn)生小孔型氣孔缺陷。
　　激光掃描焊接對小孔型氣孔缺陷的抑制與焊縫成形密切相關(guān)。研究表明，無論采用何種掃描焊接參數(shù)，當(dāng)焊縫的深寬比低于0.85時(shí)，均可有效抑制小孔型氣孔缺陷的產(chǎn)生，焊縫氣孔率可以控制在3％以下。
　　在對激光掃描參數(shù)對小孔型氣孔抑制規(guī)律及焊縫成形規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，借助高速攝像儀，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，研究了不同激光掃描焊接條件下光致等離子體的波動(dòng)特征及激光小孔的波動(dòng)特征，并與常規(guī)激光焊接進(jìn)行了對比

5、分析。研究表明，無論是激光掃描焊接還是常規(guī)激光焊接，光致等離子體均存在著從產(chǎn)生到湮滅的過程，且產(chǎn)生的等離子體的大小在焊接過程中是不斷變化的。掃描激光焊接與常規(guī)激光焊接相比，等離子體從產(chǎn)生到湮滅的波動(dòng)頻率約為常規(guī)激光焊接的1/3，且等離子體面積波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差約為常規(guī)激光焊接的1/2。常規(guī)激光焊接存在著小孔從產(chǎn)生到湮滅的過程，而激光掃描焊接小孔不存在湮滅的過程。
　　統(tǒng)計(jì)分析表明，掃描激光焊接小孔的開口面積約為常規(guī)激光焊接小孔的開口面積