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1、鋁合金激光焊接的研究介紹北京工業(yè)大學(xué)楊勇維2015年6月3日鋁合金激光焊基礎(chǔ)1案例：6061鋁合金激光焊接2鋁合金激光焊的研究進(jìn)展3一、鋁合金激光焊基礎(chǔ)原理：利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。按焊接熔池形成的機(jī)理區(qū)分，激光焊接有兩種基本模式：1.熱導(dǎo)焊2.深熔焊一、鋁合金激光焊基礎(chǔ)1.熱導(dǎo)焊1）所用激光功率密度較低（105～106W／cm2）2）工件吸收激光后，僅達(dá)到表面熔化，然后依靠熱傳導(dǎo)向工件內(nèi)部傳遞熱量形成熔池。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。一、鋁合金激光焊基礎(chǔ)2.深熔焊1）激光功率密度高（大于106～107W／cm2）；2）工件吸收激光后迅
2、速熔化乃至氣化，熔化的金屬在蒸汽壓力作用下形成小孔，激光束可直照孔底，使小孔不斷延伸，直至小孔內(nèi)的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。3）小孔隨著激光束沿焊接方向移動(dòng)時(shí)，小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向后方，凝固后形成焊縫。材料熱損傷小優(yōu)勢(shì)能量密度高焊縫熔深較大冶金結(jié)合強(qiáng)度高總的熱輸入較小接頭成形好變形較小殘余應(yīng)力小焊縫晶粒細(xì)小強(qiáng)度提高焊接速度快大規(guī)模引入機(jī)器人焊接，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化一、鋁合金激光焊基礎(chǔ)能量損耗高不足反射效應(yīng)較高初始反射率CO2初始反射率高達(dá)97%等離子體屏蔽效應(yīng)焊接缺陷焊接氣孔焊接接頭軟化力學(xué)性能焊接裂紋主要強(qiáng)化元素蒸發(fā)燒損嚴(yán)重，力學(xué)性能下降嚴(yán)重一、
3、鋁合金激光焊基礎(chǔ)案例：6061鋁合金激光焊接1.6061鋁合金的特性：①良好的塑性，機(jī)械加工工性能；②合金元素含量不高，可通過時(shí)效熱處理而達(dá)到較高的強(qiáng)度；③退火后仍保留較好的成型性，在實(shí)際工程應(yīng)用中有較大的應(yīng)用價(jià)值。表1.實(shí)驗(yàn)用6061鋁合金化學(xué)成分表（wt%）表2.實(shí)驗(yàn)用6061鋁合金力學(xué)性能案例：6061鋁合金激光焊接2.實(shí)驗(yàn)技術(shù)線路圖案例：6061鋁合金激光焊接3.表面狀態(tài)對(duì)低功率激光焊接的影響（1）.鋁合金母材表面噴砂、噴涂純鋁粉、涂敷活性劑及染色等處理均能夠在一定程度上改善對(duì)激光的吸收率，增加焊縫熔深，其中采用SiO2活性劑增加幅度最大。案例：6061鋁合金激
4、光焊接3.表面狀態(tài)對(duì)低功率激光焊接的影響（2）.焊接參數(shù)對(duì)焊縫缺陷有著重要的影響：連續(xù)激光焊中，隨功率的增加，氣孔有增多趨勢(shì);脈沖激光焊接中氣孔趨勢(shì)減小而裂紋的產(chǎn)生趨勢(shì)增加。案例：6061鋁合金激光焊接4.6061鋁合金高功率激光焊接接頭組織及力學(xué)性能12測(cè)試結(jié)果金相組織熔合線附近：柱狀晶，生長(zhǎng)方向垂直于熔合線；焊縫中心：細(xì)小等軸晶組織及樹枝晶SEM+EDS斷口形貌觀察與析出相成分分析焊縫的強(qiáng)度僅為母材的50%硬度測(cè)試焊縫硬度明顯低于母材（強(qiáng)化相數(shù)量大為減少）TEM測(cè)試少量的強(qiáng)化相析出，但遠(yuǎn)少于時(shí)效的析出量拉伸測(cè)試DSC測(cè)試證實(shí)焊縫中間有少量的強(qiáng)化相析出案例：6061鋁
5、合金激光焊接5.焊后時(shí)效對(duì)焊接接頭組織及力學(xué)性能的影響13時(shí)效結(jié)果焊縫組織焊后人工時(shí)效，只改變接頭中的析出相的種類及數(shù)量，不改變接頭的晶粒形態(tài)與大??；顯微硬度450℃*6h+180℃*6h:平均約為60HV，明顯低于母材；530℃*6h+180℃*6h:平均約為75HV，與母材接近；1.180℃為一個(gè)比較合適的時(shí)效溫度；2.不同時(shí)效溫度，時(shí)效不足與過時(shí)效均為降低焊縫力學(xué)性能；530℃*6h+160℃/200℃*6h:平均約為50HV；TEM測(cè)試530℃*6h+180℃*6h時(shí)效后，焊縫中存在大量的30-50納米左右，直徑幾個(gè)納米的針狀β"相，起強(qiáng)化作用。DSC分析案例：
6、6061鋁合金激光焊接6.實(shí)驗(yàn)結(jié)論14（1）.表面狀態(tài)對(duì)增加低功率鋁合金激光焊接的吸光性能及熔深有一定的作用，但也會(huì)帶來較多的氣孔缺陷；（2）.焊接參數(shù)對(duì)焊縫熔深有一定的影響；（3）.高功率激光焊接接頭的硬度明顯降低，焊縫力學(xué)性能下降，表現(xiàn)為焊縫的軟化；（4）.采用不同的固溶溫度及時(shí)效溫度，對(duì)高功率激光焊接接頭進(jìn)行人工時(shí)效，可以降低接頭的軟化效果。三、鋁合金激光焊的研究進(jìn)展方向1.鋁合金激光焊接的焊透性的研究目標(biāo)：控制流光焊接中的光致等離子體：1）關(guān)于鋁合金對(duì)激光吸收率的研究；2）關(guān)于鋁合金激光焊接過程中等離子體的研究；3）關(guān)于送粉及送絲在鋁合金激光焊接中應(yīng)用的研究。三
7、、鋁合金激光焊的研究進(jìn)展方向2.工藝參數(shù)對(duì)鋁合金激光焊接的影響研究1）關(guān)于工藝參數(shù)對(duì)鋁合金激光焊接焊縫成形的影響研究；2）關(guān)于工藝參數(shù)對(duì)鋁合金激光焊接過程的穩(wěn)定性的影響研究；3）關(guān)于工藝參數(shù)對(duì)鋁合金激光焊接氣孔的影響研究；4）關(guān)于工藝參數(shù)對(duì)鋁合金激光焊接裂紋的影響研究；5）關(guān)于工藝參數(shù)對(duì)鋁合金激光焊接接頭性能的影響研究。三、鋁合金激光焊的研究進(jìn)展方向3.鋁合金激光-電弧復(fù)合焊接研究激光焊接系統(tǒng)：激光+MIG復(fù)合焊設(shè)備三、鋁合金激光焊的研究進(jìn)展方向3.鋁合金激光-電弧復(fù)合焊接研究1）關(guān)于鋁合金激光-MIG復(fù)合焊對(duì)焊縫熔深的影響的研究；2）關(guān)
