论文部分内容阅读
随着工业的发展,核电船舶,石油化工等领域对高性能厚板及中厚板结构的需求和焊接质量的要求越来越高,实现大型厚壁结构件的可靠连接对工业的发展和社会的进步都有重要的意义。真空激光焊接方法使得焊缝熔深显著增加,抑制焊缝中缺陷,抑制羽辉,提高焊接过程的稳定性。但目前对真空激光焊接的研究,激光功率通常在10k W以下。当入射激光功率超过10k W,甚至达到30k W时,系统的研究还较少。本文以5A06铝合金为研究对象,对超高功率真空激光焊接特性进行研究。首先研究超高功率真空激光焊接工艺特性,分析真空度、焊接速度等变量对焊缝成形的影响。研究发现超高功率真空激光焊接在高真空度下可以获得焊缝表面成形良好,几乎没有缺陷的超深焊缝。离焦量对焊缝成形有影响很大,在选取不恰当的离焦量时,焊缝表面出现大量驼峰,不同功率下的最优离焦量不同。随着真空度的提高,焊缝中气孔明显被抑制,当真空度达到10 Pa时,焊缝中几乎观察不到气孔的存在,并获得了超高功率真空激光焊接工艺窗口。从焊缝熔深变化的角度,确定了铝合金超高功率真空激光焊接的熔深突变真空度为104 Pa,此时焊缝气孔率相对较高,但仍满足特定情况下的标准。分析不同真空度下羽辉特性,并研究其对能量传输的影响。研究发现随着真空度的不断升高,羽辉的平均灰度,高度,面积的平均值和标准差均下降,这说明了真空环境可以明显抑制焊接过程中的羽辉行为,提高焊接过程的稳定性,建立了羽辉灰度,高度,面积与真空度的线性关系。真空度的增加使得羽辉光谱谱线强度、电子温度,电子密度明显下降。当真空度从2.5×104Pa降低到103Pa时,羽辉温度由6500 K降低至5100 K,羽辉电子密度由4.103×1017 cm-3降低到2.448×1017 cm-3。羽辉对入射激光的折射作用使得有效光斑面积增加,但不对入射激光的能量产生消耗。当真空度从5×104 Pa升高到10 Pa时,探测激光光斑中心平均偏转角从1.19 mrad降低到0.097 mrad;光斑有效面积从9.94mm2降低至6.01 mm2。相较于降低激光功率,提高焊接过程中的真空度对焊接过程中的稳定性的影响明显更有效。结合前文的工艺试验及焊接过程分析,优化焊接参数,获得了单道104mm无缺陷的5A06铝合金超大熔深焊缝,焊缝整体呈细长纺锤形。实现了130mm厚5A06铝合金对接接头的双侧激光焊接。接头成形良好,缺陷极少。双面焊的焊缝缝最低抗拉强度可达母材的95%,中部搭接区域具有更高的强度和硬度,与该区域Mg元素含量相对较高有关。相较于晶粒尺寸,焊缝性能受Mg元素含量的影响更加明显。上述对超高功率真空激光焊接焊接方法的工艺特性、羽辉特征及其对能量传输的影响的研究分析与130mm厚5A06铝合金双侧对接接头的焊接,为超高功率真空激光焊接特性的进一步研究提供了更坚实的理论依据,为大厚度结构件的焊接提供了新思路,使得大厚度结构件的更高效焊接成为可能。为局部真空焊接设备的开发和应用提供了理论依据。