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激光焊接技术由于其能量密度高、热影响区小、焊接变形小、焊接速度高等众多优点,一直是激光加工方面的研究热点,并在日常生活、航空航天和汽车工业等领域得到广泛应用。激光焊接质量往往受到焊接工艺参数或外在条件的影响,尤其是脉冲Nd(:)YAG激光焊接影响因素较多,因此选用合适的焊接工艺参数可以获得无缺陷的焊接件。为了保证激光对接焊的质量并充分发挥其优势,实现激光对接焊的工业应用,有必要开展激光焊接缺陷检测的研究。
本文以7075-T6铝合金激光对接焊焊缝为研究对象,对焊接件横截面金相组织、超声波回波波形、焊接工艺参数等方面进行测试和研究,获得了以下主要结论和创新性成果:
(1)利用经验波形分析法和横截面的金相组织对波形图进行分析,获得焊接件典型的超声波回波特征。试验初期通过对7075-T6铝合金进行激光对接焊测试,获得了低功率脉冲Nd:YAG激光对接焊7075-T6铝合金工艺参数范围。同时,采用标准金相试样制备工序,得到焊接件的横截面金相组织;然后对焊接件进行超声波探伤,得到相对应的超声波波形图;利用经验波形分析法和横截面的金相组织对波形图进行分析,获得了焊接件典型的超声波回波特征。
(2)测试不同焊接工艺参数下典型的超声波回波,获得激光对接焊工艺参数与回波特征的对应关系,利用超声波回波特征来检测焊接件缺陷。利用超声波探伤仪对焊接件进行超声波测试并得到超声波回波特征,通过对回波特征的验证,可以获得激光焊接速度、激光离焦量、激光器电压对焊接缺陷的影响规律,得到7075-T6铝合金激光对接焊的最佳工艺参数,获得焊接工艺参数与超声波回波之间的关系,利用焊接件的超声波回波特征来确定焊接件缺陷。
(3)在分析工艺参数对对接焊焊接缺陷成因的基础上,探索了改善焊接缺陷的对策。对激光焊接工艺参数对对接焊焊接缺陷影响进行理论分析,首先利用典型缺陷的回波特征对焊接件超声波回波进行分析,得到焊接件中存在的常见几种缺陷类型,然后对产生缺陷的成因进行分析,并提出改善焊接缺陷的对策。
本文采用超声波回波实现了铝合金激光对接焊焊接件缺陷的检测。研究成果有助于进一步提高激光焊接过程的稳定性、提高铝合金激光焊接质量,同时对汽车工业、航空航天等行业的铝合金焊接技术具有重要的指导意义。