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高强铝合金的激光填粉焊接

杨武雄  
【摘要】:摘 要 高强铝合金在航空航天、汽车、轻型轨道交通等工业部门得到了广泛应用。 由于高强铝合金很难用一般的熔焊方式来焊接,用来做结构件时通常用螺栓、铆 钉来连接,但这些连接方法会增加结构重量和增加经济消耗。激光束具有很高的 能量密度,所以用激光进行焊接不仅速度快,而且变形小,但是激光焊接铝合金 同样会遇到一般熔焊方法焊接铝合金时出现的气孔、裂纹等缺陷。为了消除这些 缺陷,在激光焊接过程中加入焊丝是一种非常实用的方法,国际上有关此方面的 研究已很深入并开始走向工业应用。与焊丝相似,金属粉末同样可以作为填充材 料,而且更具柔性化,但有关此方面的研究极少,本文的主要研究内容就是从机 理和实验两方面研究采用填充粉末的方式对铝合金进行激光焊接。 为达到送粉焊接的目的,我们在对现有喷粉头进行了深入地研究分析后, 设计出了一种自汇聚同轴三层结构送粉头,它不仅可以将粉末汇聚到焊接要求的 束径,同时能对焊缝进行有效地的保护。经实验证实,此送粉头完全能满足送粉 焊接的要求。 对填粉焊接过程进行的高速摄像和金相分析表明,焊接过程比未加粉稳定, 金属蒸汽和等离子体被有效压缩,使用成分为 AlSi12 的填充粉末可以有效地消 除热裂纹和气孔。 利用优化的焊接工艺参数,我们在 YAG 激光器上成功地对 7075 为主的几种 高强铝合金成功地进行了激光填粉焊接,焊缝整齐美观,无咬边、下陷、不连续 等宏观缺陷。拉伸实验证实,7075 焊后的平均拉伸强度为 370Mpa,为母材的 80% 左右。


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