6061铝合金薄板高功率CO_2激光填丝焊接的研究

【摘要】：本文以大型客机用机身焊接壁板为主要应用背景,以铝合金薄板的激光填丝焊接为主要研究对象,结合国外焊接壁板的先进制造方法,利用大功率CO_2激光器,分别选用了ER4043、ER5356两种焊丝,对6061铝合金的激光填丝焊接工艺进行了系统的研究,并对接头的组织和性能进行了分析。 6061-T6铝合金激光深熔焊接阈值试验表明,焊接速度较小时,工艺范围较窄,与平板堆焊相比,对接时激光功率阈值大大降低。对接工艺试验表明,激光功率与焊接速度的匹配区间较小,增大焊接速度或提高激光功率,工艺参数范围变宽,为保证焊接稳定性和表面成形,焊接速度不低于4 m/min。 激光填丝焊接时,应选择插入式送丝,光丝距离在±1.5 mm内,可顺利完成填丝焊接,焊缝成形良好,送丝量为5 m/min时,允许的装配间隙为0.1 mm。填充两种焊丝时,对于特定的激光功率,随着焊接速度的增加,匹配的送丝速度范围逐渐减小。 焊丝的加入改善了铝合金激光焊接的气孔敏感性,采用ER5356焊丝时焊缝中的气孔率比采用ER4043焊丝时大。填丝焊接降低了焊缝的热裂纹敏感性,填充ER4043焊丝的焊缝热裂纹敏感性较低,在一定工艺参数范围下热裂纹率可降为零,而ER5356焊丝则不适合在高速下进行铝合金6061-T6的激光填丝焊接。 在合适的工艺参数下,焊接接头余高适中,无咬边缺陷。填充ER4043焊丝的接头熔合线附近为柱状晶,焊缝中心为树枝状的Al-Si共晶组织,并伴有大量均匀的等轴晶。填充ER5356焊丝的接头熔合线附近为典型的柱状晶,焊缝中心为等轴晶和柱状晶,组织为(Al)+β(Mg_2Al_3)。 6061-T6铝合金填充ER4043、ER5356焊丝获得的焊缝中心硬度值约为HV60~70。优化工艺参数下,未填充焊丝、填充ER4043、ER5356焊丝的接头拉伸强度分别为197 MPa、262 MPa、232 MPa,断口位于熔合线附近,成45°断裂。填充ER4043焊丝的接头,具有明显的韧窝断裂特征,填充ER5356焊丝的接头属脆性断裂。填充ER4043焊丝的接头弯曲性能较好,正弯、背弯强度分别达645.9 MPa、592.8 MPa,填充ER5356焊丝的接头均出现开裂,正弯、背弯强度只有556.3 MPa、500.5 MPa。 将填充ER4043焊丝获得的6061-O态铝合金的焊接接头进行了T6固溶时效处理,热处理后,焊缝显微硬度显著提高,达到HV90~110,且软化区基本消失。热处理后接头强度也显著提高,达301 MPa,强度系数达到母材的94%,延伸率由2.2%提高到7.4%,拉伸断裂位置出现在母材。