铝合金薄板激光-MIG旁轴复合焊接工艺与气孔缺陷研究

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轻量化是当前汽车、列车、航天航空等工业领域实现节能减排的主要措施,而铝合金由于具有比强度高等优点而被广泛使用。激光-电弧复合焊接技术在铝合金焊接方面具有独特的优势,可以预计,激光-电弧复合焊接必将会在汽车、列车、航天航空等关于民生国计的基础工业中占据重要的地位。国外,相关研究单位在激光-电弧复合焊接技术研究方面已经取得了显著进展,并逐渐开始了工业应用。在国内,这方面的研究成果还较少,与德国、日本等发达国家还有一定差距。本文采用4kW光纤激光器以及实验室自行搭建的复合焊接平台,研究了铝合金激光-MIG复合焊接工艺特性,分析其成形规律和气孔缺陷的产生机理及控制措施,并对5754铝合金搭接、6005A铝合金对接的微观组织、力学性能进行研究。研究表明,铝合金激光-MIG复合焊接在本文试验条件下采用电弧在前的焊接方向时焊缝熔深更大,熔宽更小。在焊接速度一定的情况下,影响焊缝熔深的主要是激光功率,影响焊缝熔宽的则主要是焊接电流。表征热源间距的光丝间距在相应工艺参数下存在一定的工艺范围且对焊缝熔深和熔宽有一定影响。铝合金激光-MIG复合焊接焊缝内部主要存在三类气孔缺陷:氢气孔是氢在熔池凝固过程中大量析出造成的,其形状成规则圆球形,内壁光滑且尺寸很小;工艺气孔产生的根本原因是小孔的瞬间失稳,它们的形状不规则,尺寸也大小不一,内壁成台阶状;搭接特有的夹层孔穴是由于焊接过程中熔池中存在难熔氧化膜造成的,一般尺寸很大,形状极不规则且伴随尖锐的角度,孔壁还有氧化膜的存在。彻底清除焊件待焊部位的氧化膜和采用惰性气体保护熔池,有利于消除氧化膜导致的夹层孔穴和控制焊缝内部氢气孔。采用合适的工艺参数、降低焊接速度、正离焦、预留间隙和熔透等措施有利于控制焊缝内部工艺气孔。铝合金激光-MIG复合焊接接头上宽下窄,焊缝上部呈现一定的弧焊特征,焊缝下部接近激光焊特征。熔合线附近的焊缝组织由垂直于熔合线的细小的平行柱状晶组成,焊缝中心主要为等轴晶组织且下部区域的晶粒尺寸较上部区域细小。从主要合金元素分布而言,在电弧搅拌和熔池流动的作用下,焊缝上部和焊缝下部的合金成分十分接近。同时,焊丝的添加也很好的补充了Mg元素的烧损。铝合金激光-MIG复合焊接焊缝显微硬度略低于母材,焊缝上部硬度值较焊缝下部稍低。同时,焊缝上部热影响区硬度值很低,存在软化现象。气孔是影响其接头性能的主要原因,焊缝气孔含量较少时,5754铝合金搭接接头抗剪切强度可达219MPa,6005A铝合金对接接头也具有良好的抗拉性能和弯曲性能。
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