2060铝锂合金激光扫描焊接试验研究

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铝锂合金以其优异的物理性能而被广泛应用于航空航天领域,故对其焊接可靠性提出了极高的要求。当前铝锂合金焊接仍存在诸多问题亟待解决,如焊后易产生气孔、裂纹、抗拉强度低等缺陷。针对上述问题,提出“∞”形激光扫描填丝焊接工艺方法,以铝锂合金(2mm厚)作为研究对象,探究激光扫描填丝焊接方法对铝锂合金焊接缺陷的抑制作用,为铝锂合金高质量焊接提供试验依据和指导。(1)论文搭建了高速相机摄像系统,探究了激光扫描填丝焊接工艺下熔池的动态演变过程,对熔池静态及动态特征行为进行分析并揭示熔池中小孔喷发规律。结果表明,与单道填丝焊接工艺相比,“∞”形扫描填丝焊接工艺下熔池流动更加平稳,小孔喷发强度较弱且呈现出周期性。(2)探究了“∞”形激光扫描工艺参数(扫描幅度、扫描频率)对焊缝形貌的影响规律,并对焊缝外观成形做出评价且给出工艺参数选择依据。同时,针对焊接气孔缺陷,探究了扫描工艺参数对铝锂合金焊后气孔产生的影响及“∞”形扫描填丝焊接工艺对焊接气孔抑制机理,试验结果显示扫描参数的适度增大可以有效抑制焊缝气孔的产生。(3)论文探究了“∞”形激光扫描填丝焊接工艺参数(激光功率、焊接速度、送丝速度)对铝锂合金焊缝裂纹产生的影响规律,并根据焊缝裂纹产生机理,深入分析了这三个参数的变化对焊缝裂纹产生的抑制作用,据此给出参数优化选择依据以抑制裂纹缺陷。同时研究了铝锂合金在“∞”形激光扫描填丝焊接工艺下焊缝微观组织的成形与分布,并与单道激光填丝焊接焊缝组织进行对比,结果表明“∞”形激光扫描填丝焊接工艺可细化焊缝晶粒,得到更窄的焊缝细晶区间及柱状晶区。采用曲面响应统计方法探究工艺参数组合对焊接抗拉强度的影响,并分析出工艺参数组合与抗拉强度之间的定量关系及最优参数组合,探究得优参组合下焊缝最大抗拉强度可达381.7 MPa,为母材的76.34%;分析测定了“∞”形激光扫描填丝焊接最优参数下焊缝的组织硬度,确定了焊缝熔合线区域为焊缝薄弱易先断裂部分。总结得出“∞”形激光扫描填丝焊接工艺可以有效抑制焊缝气孔及裂纹缺陷,相对比与单道激光填丝焊接,可以提高焊缝焊接质量。
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