铝合金双光束∕单光束激光-TIG复合焊.pdf

tactic Ben生产应用蜉蕊
铝合金双光東/单光束激光-TIG复合爆
黄瑞生杨海锋王君宇荆文
(机械科学硏究院哈尔滨焊接硏究所,哈尔滨150028)
摘要针对4mm厚5A06铝合金,分析了双光東光纤激光-TIG复合焊的焊缝成形特点、气孔率、匙孔动态特
征及接头力学性能,并与单光東光纤激光-TIG复合焊对比。结果表明,在获得相同焊缝背面熔宽条件下,与单光
東激光-TG复合焊相比,双光束激光-TIG复合焊的焊缝背面成型连续性、均匀性更优且熔宽波动较小,焊缝气
孔率降低50%以上,激光匙孔开口面积平均值更大,波动变异系数更小;双光東激光-TG复合焊接头抗拉强度、
断后伸长率、显微硬度、组织与单光束激光-TG复合焊结果差别不大。
关键词:铝合金双光東激光TG电弧复合焊
中图分类号:TG456.7
0序言
在单光束激光-TG复合焊工艺、焊接过程特征、焊接
机理等方面-,而铝合金双光束光纤激光-TIG复
铝合金具备低密度、高强度、耐腐蚀及易于加工等合焊技术方面的研究鲜有报道。
优点,已成为航天、航空、交通运输等领域轻量化结构
因此,文中针对5A06铝合金,采用双光束光纤
设计的主要材料。同时,焊接技术已成为铝合金结激光-TIG复合焊方法,与单光束光纤激光-TIG复
构件制造的关键加工技术。
合焊对比,在获得相同背面熔宽条件下,从焊缝成
钨极氩弧(TG)焊接过程稳定,容易获得高质量焊形、气孔率、匙孔特征等角度,对比分析铝合金双光
缝,成为铝合金焊接制造的主要方法之一。但TG焊東激光-TG复合焊的焊接特性及焊接接头性能,
的焊接热输入较大、焊接速度及焊丝熔覆速度较低,容为铝合金双光束激光-TIG复合焊技术的应用提供
易导致铝合金焊接制造产生焊接变形较大、焊接接头试验依据。
性能弱化较严重、焊接效率较低等问题。激光焊容易
实现高精度、高速、低变形、大深宽比焊接等优点,在铝
1试验方法
合金焊接制造中应用日益广泛2。但由于铝合金熔点
试验采用4mm厚5A06铝合金,试板尺寸300mm
低、沸点低、热导率高、熔融金属表面张力低等特点,激x100mm;焊丝为直径1.2m的ER5356铝合金焊
光焊接铝合金存在焊缝成型较差、易产生咬边及焊接丝;焊接保护气为工业Ar气。采用I形对接接头,焊接
气孔等问题3-4。
方式为平焊,试验前采用刮刀去除铝合金母材表面的
W.M.Sten等人的于上世纪70年代末首先提出氧化膜。对焊后焊缝进行X射线探伤,选取任意100
激光-TIG复合焊方法,将两种具有不同物理性质、能mm长焊鏠探伤照片进行气孔面积统计并计算气孔率。
量传输机制的热源复合在一起,实现了1+1>2的焊
试验系统由 Trumpf公司 Trudisk-6000型蝶形激
接效果。国内外学者针对激光-TG复合焊技术开展光器、 Fronius公司MW4000型交直流TC焊机及自制
了大量的研究工作,结果表明,激光-TG复合焊方法的焊接试验工作台与卡具组成。试验过程利用日本
是实现高性能金属材料优质、高效、低变形焊接的先进 Fastcam Ultima512型高速摄像系统对匙孔进行图像采
焊接方法,可以有效解决上述铝合金单一TG焊、激光集,采样频率4000帧/秒。
焊存在的焊接问题?。
试验所用光纤芯径0.4mm,激光焊接头准直距离
目前,铝合金激光-TG复合焊技术研究主要集中200mm,聚焦距离300mm。激光焊接头通过楔形棱镜
将一束激光分成两束得到双光束激光,能量分配为
收稿日期:2016-11-21
1:1,焦点处光斑中心间距0.6mm,双光束激光沿焊接
基金项目:国家重点研发计划项目(2016YFB1102100)
方向按前后串行模式排布。
2017年第1期39
万方数据
荔生产应用 Hadluatinn hen
双光東/单光東激光-TG复合填丝焊过程示意图
一单光束-TC焊
如图1所示。
一双光東-TC焊
4.2
激光束
3.9
焊接方向
TIG焊枪
3.6
焊丝
后保护气嘴
电
母材
背面熔宽W/mm
图1激光-TG复合填丝焊示意图
图2相同背面熔宽条件下所需激光功率对比
熔宽的条件下,激光功率较小时,单光束激光-TC复
2试验结果及分析
合焊焊缝背面成型连续性较差,熔宽波动较明显且容
2.1焊缝成型
易出现背面鼓包现象,双光束激光-TIC复合焊焊缝背
保持其他焊接参数不变,即激光离焦量+4mm、焊面成型连续性较好,熔宽波动小且没有出现背面鼓包
接速度1.5m/min、焊接电流120A、光钨间距6mm,改现象。激光功率较大时,单光束激光-TC复合焊焊缝
变激光功率,进行单/双光束激光-TIG复合焊试验。虽然背面成型连续,熔宽波动较小,但背面仍容易出现
图2为在获得焊缝相同背面熔宽条件下,单/双光東激鼓包现象;而双光束激光-TG复合焊焊缝背面成型连
光-TG复合焊焊缝背面熔宽与激光功率的关系,激光续性、均匀性更优,基本不出现背面熔宽波动、鼓包等
功率对焊缝背面成型的影响见表1
现象。
如图2所示,随着激光功率的增大,复合焊焊缝背2.2焊缝气孔
面熔宽均增大;在相同焊缝背面熔宽的条件下,双光束
图3为不同背面熔宽情况下单/双光束-TG复合
激光-TG复合焊所需的激光功率基本比单光東激光焊焊缝气孔率对比图。可见随着焊缝背面熔透宽度的
IG复合焊大500W。由表1可知,在相同焊缝背面增大,复合焊焊缝气孔率均减小;在基本相同焊缝背面
表1复合焊激光功率对焊缝成形影响
背面熔宽W/mm
光束模式
焊缝表面
焊缝截面
单光束-TIG
mn
双光束-TG
3 mmi
单光束-TG
双光東-TG
3 mm
单光束-TIG
m
双光束-TG
402017年第1期
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