光纖激光-電弧復(fù)合焊接高強(qiáng)鋁合金工藝、缺陷產(chǎn)生與質(zhì)量控制.pdf

1、近年來，光纖激光器以其輸出功率高、光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊、能采用光纖傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，在焊接領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。光纖激光－MIG（熔化極惰性氣體保護(hù)焊）復(fù)合焊接技術(shù)集成了兩熱源的優(yōu)點(diǎn)，具有更高的焊接效率和更強(qiáng)的適應(yīng)能力，是目前激光焊接技術(shù)的研究熱點(diǎn)。但是研究表明，其在焊接高強(qiáng)鋁合金厚板時(shí)存在焊縫成形不佳，易出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷，接頭性能還有待進(jìn)一步提高等尚未解決的技術(shù)難點(diǎn)。為此，本文針對(duì)2xxx、6xxx系列高強(qiáng)鋁合金光纖激光－MIG復(fù)合焊

2、接高強(qiáng)鋁合金的工藝特性、焊縫成形特點(diǎn)、氣孔產(chǎn)生及抑制機(jī)理、接頭顯微組織演變機(jī)制以及接頭性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，旨在為實(shí)現(xiàn)復(fù)合焊接厚板高強(qiáng)鋁合金的工程應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。具體研究成果如下：對(duì)單獨(dú)光纖激光焊接高強(qiáng)鋁合金工藝特點(diǎn)、冶金缺陷、接頭性能及其焊接適應(yīng)性進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，冶金缺陷是影響高強(qiáng)鋁合金激光焊接接頭質(zhì)量主要因素。其中，咬邊缺陷隨焊接速度與激光功率密度的增大而增大。而且，針對(duì)不同類型的鋁合金，母材中低沸點(diǎn)合金元素含量越高，激光束誘

3、發(fā)等離子體的能力越強(qiáng)，接頭咬邊程度越大。通過正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，激光小孔深度和等離子體波動(dòng)是影響氣孔率的主要原因；保護(hù)氣種類、激光功率、離焦量顯著影響氣孔率的置信度為95％。在上述研究基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了光纖激光焊接高強(qiáng)鋁合金的參數(shù)優(yōu)化，獲得了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到C級(jí)的光纖激光焊接接頭，最大抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材的72％，比電弧焊接接頭高11％。開展了高強(qiáng)鋁合金光纖激光-MIG復(fù)合焊接研究，得到了最優(yōu)工藝參數(shù)范圍。研究認(rèn)為激光與電弧的最佳熱源間距范圍隨焊接電流的

4、增大而增大，采用氦氬混合氣體可以獲得更大的焊接熔深和更好的焊縫成形。通過熔池受力分析得到了焊縫成形質(zhì)量控制方法，繪制了成形質(zhì)量控制圖。
　　 本文對(duì)高強(qiáng)鋁合金光纖激光-MIG復(fù)合焊接接頭的氣孔產(chǎn)生和抑制機(jī)理進(jìn)行了深入分析，得到了氣孔抑制方法。分析認(rèn)為增大小孔直徑、提高工件上方溫度、增加電弧電流是實(shí)現(xiàn)抑制復(fù)合焊接接頭氣孔的有效手段。增大小孔直徑、提高工件上方溫度能夠降低小孔內(nèi)等離子體密度、穩(wěn)定激光小孔，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣孔的抑制。近年來，光

5、纖激光器以其輸出功率高、光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊、能采用光纖傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，在焊接領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。光纖激光－MIG（熔化極惰性氣體保護(hù)焊）復(fù)合焊接技術(shù)集成了兩熱源的優(yōu)點(diǎn)，具有更高的焊接效率和更強(qiáng)的適應(yīng)能力，是目前激光焊接技術(shù)的研究熱點(diǎn)。但是研究表明，其在焊接高強(qiáng)鋁合金厚板時(shí)存在焊縫成形不佳，易出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷，接頭性能還有待進(jìn)一步提高等尚未解決的技術(shù)難點(diǎn)。為此，本文針對(duì)2xxx、6xxx系列高強(qiáng)鋁合金光纖激光－MIG復(fù)合焊接高強(qiáng)鋁合

6、金的工藝特性、焊縫成形特點(diǎn)、氣孔產(chǎn)生及抑制機(jī)理、接頭顯微組織演變機(jī)制以及接頭性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，旨在為實(shí)現(xiàn)復(fù)合焊接厚板高強(qiáng)鋁合金的工程應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。具體研究成果如下：對(duì)單獨(dú)光纖激光焊接高強(qiáng)鋁合金工藝特點(diǎn)、冶金缺陷、接頭性能及其焊接適應(yīng)性進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，冶金缺陷是影響高強(qiáng)鋁合金激光焊接接頭質(zhì)量主要因素。其中，咬邊缺陷隨焊接速度與激光功率密度的增大而增大。而且，針對(duì)不同類型的鋁合金，母材中低沸點(diǎn)合金元素含量越高，激光束誘發(fā)等離子體

7、的能力越強(qiáng)，接頭咬邊程度越大。通過正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，激光小孔深度和等離子體波動(dòng)是影響氣孔率的主要原因；保護(hù)氣種類、激光功率、離焦量顯著影響氣孔率的置信度為95％。在上述研究基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了光纖激光焊接高強(qiáng)鋁合金的參數(shù)優(yōu)化，獲得了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到C級(jí)的光纖激光焊接接頭，最大抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材的72％，比電弧焊接接頭高11％。開展了高強(qiáng)鋁合金光纖激光-MIG復(fù)合焊接研究，得到了最優(yōu)工藝參數(shù)范圍。研究認(rèn)為激光與電弧的最佳熱源間距范圍隨焊接電流的增大而增大