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5754铝合金激光填丝搭接焊缝成形及气孔的研究

王国振  
【摘要】:激光焊接技术具有焊接质量高、精度高、焊件变形小、焊接过程效率高以及无需真空条件等优势,目前成为研究铝合金焊接的热点之一。激光填丝焊接在保留激光自熔焊接优势的基础上,又克服了激光自熔焊接对工件加工和装夹要求高等问题,而且可以通过填入焊丝提高焊缝的成形质量,调整焊缝成分、补充易烧损的金属元素。但是焊丝的加入使得焊接过程变得复杂,因此对于铝合金的激光填丝焊接在国内研究较少。本研究采用先进的4kW光纤激光器和具有稳定送丝能力的焊机,研究了搭接形式下,激光填丝焊接5754铝合金的焊接性。 研究表明,焊接速度对于焊缝的表面成形的影响最大,焊接速度过小或过大都会得到成形不好的焊缝;而焊缝表面成形质量对激光功率和送丝速度具有较高的容忍度,在较大范围内改变送丝速度和激光功率,都得到了成形良好的焊缝;增加送丝速度,焊缝熔宽变化不明显,焊缝堆高增加。此外,激光功率和焊接速度与焊缝熔深呈线性变化的关系,增大激光功率、减小焊接速度,焊缝熔深线性增加;增加送丝速度,焊缝熔深呈阶梯式减小,减小幅度并不明显。 5754铝合金是Al-Mg系的简单共晶型合金,有α和β两相,β相是Mg2Al3化合物,α和β能够形成共晶体。激光填丝焊接5754铝合金,得到的典型接头分为母材区、焊缝热影响区和焊缝区。横向硬度从大到小分别是焊缝区、母材区和热影响区,焊缝纵向硬度变化不大;激光焊接焊接速度快,焊缝热影响区很窄,但组织较为粗大,力学性能最差。焊缝区从上部到下部组织分布有区别,上部晶体生长时间较长,有较为粗大的α相晶体生成,下部枝晶和共晶组织分布较为均匀。 焊缝中的工艺气孔对焊缝性能有很大影响,它的形成原因是激光深熔焊接过程中,由于匙孔发生的机械扰动,一部分金属蒸汽形成气泡,焊缝凝固后成为工艺气孔。改变激光功率和焊接速度,会改变熔池中的温度分布从而改变焊缝中匙孔的稳定性,进而影响焊缝中工艺气孔的形成。研究发现,焊接速度越大,气孔率越小;激光功率越大,气孔率越大;在一定范围内改变送丝速度,气孔率变化不大。 最后,在研究了焊接参数对工艺气孔影响的基础上,本文还研究了如何在搭接焊缝中设置合适的间隙来减小工艺气孔。研究发现,预留一定的间隙有利于减小工艺气孔的形成;在合适的间隙条件下,熔池中所形成的气泡通过间隙逃逸出焊缝,从而能够降低工艺气孔的含量。预留一定的间隙,在减小气孔含量的同时,还能够提高搭接焊缝的剪切强度。


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