鋁合金光纖激光及其復(fù)合焊接的等離子體行為與工藝研究.pdf

1、激光及激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)由于其突出的優(yōu)勢(shì)，必然會(huì)在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。高功率光纖激光由于其優(yōu)良特性，一經(jīng)問(wèn)世就獲得了廣泛關(guān)注，但是由于出現(xiàn)時(shí)間較短，相關(guān)研究遠(yuǎn)不如已經(jīng)發(fā)展多年的CO2激光和YAG激光。綜合國(guó)內(nèi)外的研究情況可知，雖然工藝探索研究可以使激光及激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍得到拓展，但是對(duì)機(jī)理認(rèn)識(shí)的缺乏，大大限制了該項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。
　　本文在自行構(gòu)建的系統(tǒng)平臺(tái)上，通過(guò)系統(tǒng)的鋁合金光纖激光

2、及其復(fù)合焊接工藝實(shí)驗(yàn)，采用高速攝像和光譜儀對(duì)等離子體行為進(jìn)行觀測(cè)，研究了等離子體對(duì)激光能量傳輸?shù)挠绊憽⒓す馀c電弧的相互作用等機(jī)理問(wèn)題；并針對(duì)實(shí)際應(yīng)用，對(duì)鋁合金薄板的光纖激光搭接焊缺陷形成機(jī)理和預(yù)防措施進(jìn)行研究。主要研究成果與創(chuàng)新工作如下：
　　光纖激光焊接鋁合金時(shí)，等離子體/金屬蒸氣可以分為兩個(gè)部分，一部分緊貼小孔，一直存在，但其亮度和體積呈現(xiàn)周期性變化；另一部分浮于熔池的上方，會(huì)被側(cè)吹氣體吹偏，有一個(gè)周期性的長(zhǎng)大、脫離熔池并逐漸

3、完全消散的過(guò)程。兩部分的周期變化基本上是密切同步的，周期為450～600s，側(cè)吹保護(hù)氣體對(duì)等離子體/金屬蒸氣振蕩周期無(wú)顯著影響。提出了一種新的等離子體/金屬蒸氣周期振蕩機(jī)理-小孔和熔池的周期性波動(dòng)是造成等離子體/金屬蒸氣周期振蕩的主要原因。
　　光纖激光焊接鋁合金時(shí)，隨著激光功率的增大、焊接速度的減小，等離子體/金屬蒸氣增大，與它們對(duì)焊縫熔深的影響一致，在一定條件下，等離子體/金屬蒸氣的大小可以反映焊縫熔深大?。坏入x子體/金屬蒸氣

4、對(duì)激光傳輸影響不大，甚至可以說(shuō)對(duì)光纖激光是透明的，通過(guò)側(cè)吹保護(hù)氣吹等離子體/金屬蒸氣的方法對(duì)熔深的影響不明顯。
　　對(duì)2mm厚5754鋁合金進(jìn)行光纖激光搭接焊工藝研究，發(fā)現(xiàn)：采用擴(kuò)張形扁平噴嘴在合適的工藝參數(shù)下，可以獲得表面成形良好的焊縫；雖然等離子體/金屬蒸氣對(duì)激光傳輸影響不大，但是使得部分液態(tài)金屬飛出熔池，形成飛濺，隨著激光功率密度的增大，飛濺增多；產(chǎn)生熱裂紋的傾向性較小，只有當(dāng)焊接速度很低時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生熱裂紋，隨著激光功率的減

5、小，出現(xiàn)熱裂紋的臨界焊接速度降低；焊縫中低沸點(diǎn)合金元素 Mg燒損很少，焊縫組織晶粒細(xì)小，顯微硬度略低于母材，沒(méi)有明顯的接頭軟化，焊接接頭具有良好的抗拉剪性能。
　　發(fā)現(xiàn)鋁合金激光搭接焊時(shí)，會(huì)形成一種不同于冶金（氫）氣孔和工藝氣孔的特殊孔洞-夾層孔洞，尺寸較大、形狀不規(guī)則，且多有銳角出現(xiàn)，往往內(nèi)部含有黑色氧化物質(zhì)。這是由于搭接焊時(shí)，上、下兩層板之間夾層中存在難熔氧化膜引起的，這種因搭接焊的特殊性而形成的獨(dú)特氣孔對(duì)焊接接頭力學(xué)性能影響