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节能减排是当前列车、汽车等工业领域迫切需要解决的难题,而轻量化是解决这一问题的主要措施。由于铝合金具有加工性好、比强度高、耐腐蚀性能好等优点得到越来越广泛的使用。然而研究表明,铝合金熔焊时存在焊缝成形不佳、气孔、咬边、裂纹等缺陷,综合性能有待进一步提高。激光-MIG复合焊接技术不仅集成了两种热源的优势,而且又弥补了各自的缺点,是一种全新高效的新型焊接方法。为此,本文开展了4mm厚A7N01铝合金激光-MIG复合焊接工艺试验、焊缝成形特点、气孔分布规律、显微组织特征以及综合力学性能等多方面的研究。研究表明:激光功率、焊速和MIG电流是影响复合焊焊缝形貌的主要参数。通过工艺优化获得良好表面成形的参数如下:焊接速度取4m/min,激光功率取3.5kW,电流取140A,光丝间距取2mm,离焦量取-2mm。焊缝中心区形成了树枝状结构分明的等轴晶,焊缝熔合区形成了柱状晶。焊缝中强化元素Zn的蒸发烧损导致强化相颗粒明显减少,这是造成铝合金复合焊接头软化的主要原因之一。本文采用同步辐射X射线成像技术和Amira软件构建出了激光-MIG复合焊缝中三维气孔分布图,对接头内部气孔进行了统计分析。结果表明,焊缝中气孔体积分数为0.57%,最大面积分数为4.56%。氢气孔在焊缝中心的上部区域弥散分布,为近球形,尺寸约在0.1~79μm之间;工艺气孔存在焊缝中下部,呈不规则的空间形貌,尺寸约为110~120μm。焊缝区的平均显微硬度低于母材,硬度平均值为76HV,达到母材的77.56%。接头在焊缝中心处断裂,抗拉强度为268MPa,为母材的76.6%。拉伸断口存在大量密集分布的气孔,它们可直接减少焊接结构的承载面积。焊接接头疲劳裂纹具有多源萌生和同步扩展的特征,疲劳裂纹源主要为接头中存在夹渣、气孔、裂纹等焊接缺陷,裂纹扩展区可观察到明显二次裂纹和疲劳辉纹,瞬断区呈现类似于静载断裂的韧窝断裂。母材疲劳寿命高于接头疲劳寿命的主要原因是:接头中存在的气孔等焊接缺陷极易发展为疲劳裂纹源,进而缩短整个疲劳断裂过程;而且,焊缝中心晶粒粗化促使疲劳裂纹更易成核。