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铝合金光纤激光填丝焊接工艺研究

何涛  
【摘要】:铝合金密度低,耐腐蚀性能好,抗疲劳性能高,且具有较高的比强度和比刚度,是理想的金属结构材料,在航空、航天、舰船和电信线缆等工业领域占据重要的地位。激光焊接铝合金,因为焊接效率高、焊缝深宽比大、晶粒细小以及热影响区窄等优势备受关注。但是,单独激光焊接铝合金接头气孔、咬边、裂纹等冶金缺陷倾向较大。为此,发展激光填丝焊,通过填充材料来改善焊缝成形、减少冶金缺陷、提高接头质量,对铝合金的应用具有重要意义。 本文采用新近发展起来的光纤激光器,开展了5052,6061和7075三种铝合金激光填丝焊接工艺研究,其厚度分别为2.5mm,4mm和2.2mm。研究了工艺参数对焊缝成形质量的影响,如激光功率、焊接速度、送丝速度、离焦量、光丝间距、送丝角度、送丝方式以及保护气体等,并获得了优化的工艺参数。实验表明,当激光功率增大、或焊接速度减小,焊缝熔深增大。优化工艺参数为:前送丝方式,离焦量-2mm,光丝间距2mm,送丝角度60°,侧吹保护气体Ar气流量为10L/min。本实验中,当激光功率为4kW时,2.5mm 5052和2.2mm 7075铝合金的焊接速度分别可达到4.2m/min和4.5m/min;当激光功率为6kW时,4mm 6061铝合金的焊接速度可达到3.6m/min。 实验表明,减小热输入有利于提高焊接接头强度;增大送丝速度,焊接接头强度值基本保持不变。对于7075铝合金,激光填丝焊接接头强度高于单独激光焊接的强度(259MPa)。此外,填充Al-Si焊丝的焊接接头强度(350MPa)高于填充Al-Cu和Al-Mg焊丝的。这是因为Al-Si焊丝中的Si元素使熔池流动性好,金属凝固收缩性小,热裂纹倾向减小。 根据实验结果分析了铝合金光纤激光填丝焊接接头的气孔影响因素和形成机理,并提出改善焊缝气孔率的措施。焊接过程中,由于小孔易失稳闭合,小孔内部气体卷入熔池,增加了焊缝的气孔率。采用高激光功率、高焊接速度和高送丝速度的优化参数,可降低焊缝气孔率,同时提高焊缝抗拉强度。


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