5052铝合金激光焊接焊缝及其气孔研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xyy2017
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高强铝合金是轻量化中替代钢材的理想材料,但对于铝合金的连接依然存在很多问题,激光焊接由于能量密度高、热输入集中等优点而明显优于其他连接方法,但焊缝中最常出现的气孔问题仍有待进一步研究。本研究采用3kW半导体激光器,探究5052铝合金的对接焊焊缝形貌和气孔问题并提出解决方案。研究发现,激光功率、焊接速度以及离焦量对焊缝表面形貌的影响较大,而保护气流量对其表面形貌相对影响较小。激光功率和焊接速度过大或过小都不能得到良好的表面形貌;离焦量在-2mm到+1mm区间能得到良好焊缝形貌。焊缝组织在横向方向上组织变化明显,焊缝区域为明显的树枝状晶粒,且晶粒尺寸粗大,焊缝热影响区域非常窄小,为明显的柱状晶组织,由于激光焊接的速度非常快,对熔池的快速加热和冷却作用,导致焊缝热影响区晶粒明显细化,柱状晶生长方向垂直于熔合线向焊缝中心延伸。由于母材中合金元素的蒸发烧损及熔池的重力作用,使得焊缝的顶部底部均有少量凹陷,焊缝中心硬度较母材及热影响区降低。气孔的产生使得焊缝的有效工作截面减小、机械性能下降,尤其是工艺气孔。其主要形成原因是激光深熔焊接过程熔池中匙孔的不稳定,匙孔前沿产生坍塌将气体卷入封闭,无法逃逸出的气体便形成气孔。研究表明,不同激光功率、焊接速度及保护气流量时,匙孔的大小和稳定性都不同,从而影响焊缝中的气孔数量。最后在对接焊时采取预置间隙的方式探究其对焊缝气孔的影响。研究发现,在合适间隙时,匙孔稳定性增强,熔池中卷入的气体经过间隙逃逸出去,从而使工艺气孔数明显减少,焊缝抗拉强度得到提高,但是随着间隙变大,焊缝中材料减少,焊接过程将无法进行。
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