鋁合金激光焊接工藝與接頭性能研究.pdf

1、激光-作為一種高能量密度的熱源，具有獨特的優(yōu)勢：焊接速度快、焊接變形小、熔寬和熱影響區(qū)窄；但由于鋁合金熔點低，對激光的反射率高，導致激光焊接接頭易于出現(xiàn)焊縫表面下榻、裂紋、氣孔等缺陷。作為一種先進的焊接新工藝，YAG 激光-MIG 電弧復合焊對ZL114A 鋁合金具有良好的適應(yīng)性：焊接鋁合金可以在較低的激光功率下進行；電弧的加入減少或削弱了單獨激光焊接產(chǎn)生等離子體的不利作用；YAG-MIG 復合焊接技術(shù)既充分發(fā)揮了兩種熱源的長處，又相互

2、彌補各自的不足，是一種優(yōu)質(zhì)高效的焊接技術(shù)。 本文基于鋁合金ZL114A 開展激光電弧復合焊方法及相關(guān)基礎(chǔ)理論的研究，重點在焊接工藝探索與優(yōu)化的基礎(chǔ)上研究雙熱源作用下焊接接頭的組織特征、成分分布和力學性能，探討雙熱源作用下接頭組織、成分與力學性能的關(guān)系機理。通過金相分析技術(shù)、ESEM/FSEM/SEM 技術(shù)，拉伸試驗和硬度測試詳細分析了接頭的宏觀形貌、微觀組織、成分分布、微區(qū)元素含量、斷口形貌、拉伸強度和顯微硬度等；試驗表明，由于

3、激光電弧的互補作用，選擇適當?shù)暮附庸に噮?shù)，可以得到優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，接頭強度可達到母材的80％左右，且接頭的性能與工藝參數(shù)的匹配有關(guān)；焊核區(qū)硬度最低，分布對稱且均勻，離開焊縫中心，硬度逐漸增加，到達過渡區(qū)硬度再一次減小，之后又逐漸增大達到基材的硬度；焊核區(qū)金相組織以等軸晶為主，熔合區(qū)附近的焊縫組織存在大量沿散熱方向生長的柱狀晶，熔合區(qū)和熱影響區(qū)組織粗大。接頭拉伸斷口分析表明：斷面未發(fā)生明顯的塑性流動，呈現(xiàn)出鑄態(tài)斷口特征，斷裂位置主要是組

4、織粗大的熔合區(qū)和熱影響區(qū)，對應(yīng)于顯微硬度分布中的軟化區(qū)以及成份分布圖中元素含量波動最大的區(qū)域。本文還探討了激光功率、送絲速度、焊接速度、MIG 線能量與焊縫形貌和組織性能之間的關(guān)系，研究表明：在一定的焊接工藝條件下，激光功率主要影響焊縫熔深，MIG 線能量主要影響熔寬，所以在雙道焊接的過程中打底焊時，采用高能量密度激光（功率4.0kw）為主要熱源，而采用較低的電弧線能量為輔的方式，保證3mm的鈍邊完全熔透，盡量得到較大熔深，而第二道焊縫

5、，由于U形坡口口寬的特征，采用較高的電弧能量和較低的激光功率（2.0kw）的熱源組合，最后得到成形良好的焊縫也證實了這種熱源組合的合理性。 此外論文還針對鋁鎂合金5A06 開展了激光填絲焊接的工藝探索，重點對其焊接接頭的顯微組織，成分分布進行了分析；結(jié)果表明：顯微組織晶粒細小，主要組成為α(Al)固溶體+β相（Al3Mg2）在α（Al）基體上彌散析出；接頭縱向和橫向成分分布均勻，不存在元素的偏析，母材的稀釋現(xiàn)象也不明顯，選用53