鋁合金光纖激光及其復合焊接的等離子體行為與工藝研究.pdf

1、激光及激光-電弧復合焊接技術由于其突出的優(yōu)勢，必然會在現(xiàn)代工業(yè)領域獲得廣泛的應用。高功率光纖激光由于其優(yōu)良特性，一經(jīng)問世就獲得了廣泛關注，但是由于出現(xiàn)時間較短，相關研究遠不如已經(jīng)發(fā)展多年的CO2激光和YAG激光。綜合國內(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-電弧復合焊接技術的應用范圍得到拓展，但是對機理認識的缺乏，大大限制了該項技術在工業(yè)實際生產(chǎn)中的推廣應用。
　　本文在自行構建的系統(tǒng)平臺上，通過系統(tǒng)的鋁合金光纖激光

2、及其復合焊接工藝實驗，采用高速攝像和光譜儀對等離子體行為進行觀測，研究了等離子體對激光能量傳輸?shù)挠绊?、激光與電弧的相互作用等機理問題；并針對實際應用，對鋁合金薄板的光纖激光搭接焊缺陷形成機理和預防措施進行研究。主要研究成果與創(chuàng)新工作如下：
　　光纖激光焊接鋁合金時，等離子體/金屬蒸氣可以分為兩個部分，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，會被側(cè)吹氣體吹偏，有一個周期性的長大、脫離熔池并逐漸

3、完全消散的過程。兩部分的周期變化基本上是密切同步的，周期為450～600s，側(cè)吹保護氣體對等離子體/金屬蒸氣振蕩周期無顯著影響。提出了一種新的等離子體/金屬蒸氣周期振蕩機理-小孔和熔池的周期性波動是造成等離子體/金屬蒸氣周期振蕩的主要原因。
　　光纖激光焊接鋁合金時，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??；等離子體/金屬蒸氣

4、對激光傳輸影響不大，甚至可以說對光纖激光是透明的，通過側(cè)吹保護氣吹等離子體/金屬蒸氣的方法對熔深的影響不明顯。
　　對2mm厚5754鋁合金進行光纖激光搭接焊工藝研究，發(fā)現(xiàn)：采用擴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，只有當焊接速度很低時，才會產(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；焊縫中低沸點合金元素 Mg燒損很少，焊縫組織晶粒細小，顯微硬度略低于母材，沒有明顯的接頭軟化，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，會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，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特氣孔對焊接接頭力學性能影響