6009铝合金激光-MIG复合焊焊接工艺及接头组织性能研究

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近年来,光纤激光器因具有光束质量好、输出功率高等优点,在焊接领域具有很高的应用前景。光纤激光-MIG复合焊是将两种不同的焊接热源结合在一起,克服了两种热源各自的不足,发挥了两种热源的优势,是目前焊接研究的热点。6009铝合金耐腐蚀性能好、密度低、韧性好、具有较高的比强度,是汽车行业的理想材料,但铝合金焊接时存在焊缝成形差,容易出现气孔、裂纹等缺陷,焊接接头的性能还需要进一步提高。本文在总结国内外关于激光电弧复合焊研究现状的基础上,系统研究6009铝合金激光-MIG复合焊焊接工艺及接头的组织性能,特别有意义的是,对比研究激光焊和激光-MIG复合焊焊接接头。本文研究6009铝合金复合焊工艺与焊缝表面均匀性的关系,焊接工艺参数对焊缝背面成形、焊缝截面余高、熔宽、余高熔宽比、背宽比、激光作用区直径的影响规律;采用阳极覆膜和电解抛光的方法研究复合焊和激光焊晶粒的大小,使用凯勒试剂研究焊接接头第二相析出情况;利用SEM研究气孔的形貌,并通过能谱分析气孔形成机理;研究复合焊焊接工艺参数对焊接接头拉伸性能和冲击性能的影响规律,通过SEM分析激光焊和复合焊拉伸断口形貌,通过复合焊断口韧窝能谱研究韧窝形成的机理。具体研究结果如下:对铝合金复合焊焊缝成形性研究表明:随着激光功率的增大,焊缝余高-熔宽比降低,焊缝背宽比增大;随着焊接电流和焊接速度的增大,焊缝余高-熔宽比和焊缝背宽比增大。对铝合金激光焊焊缝成形性研究表明:焊接速度越小,焊缝背宽比越小。对复合焊电弧力对焊缝显微组织的影响研究结果表明:MIG电弧对复合焊焊缝上部具有机械搅拌作用,使焊缝上部的受力状态发生改变,导致焊缝中心上部晶粒尺寸小于焊缝下部。热输入对复合焊熔合区和热影响区的影响研究结果表明:接头上部受激光和电弧共同作用,热输入较大,熔合区更大,热影响区晶粒长大程度更大。气孔形成机理研究结果表明,激光焊焊缝中有工艺类气孔和冶金类气孔,工艺类气孔是通过激光匙孔塌陷形成的,冶金类气孔的形成与氧化膜进入熔池有关;激光电弧复合焊中气孔有皮下气孔和氢气孔,复合焊中的MIG热源通过增加激光匙孔半径、增强等离子体的辐射能力、稀释等离子体密度从而使复合焊气孔的形成机理由工艺类气孔变为冶金类气孔铝合金复合焊接头力学性能研究表明:复合焊焊缝区的平均硬度要大于热影响区、低于母材,焊缝中心上部的硬度要低于焊缝下部;复合焊软化区的宽度大约在4-6mmm之间。随着复合焊焊接速度的增加,焊接接头断裂位置由焊缝区转移到热影响区,焊接接头的抗拉强度增大;随着复合焊激光功率的增大,焊接接头的抗拉强度减小;随着复合焊焊接电流的增大,焊接接头的断裂位置由热影响区转移到焊缝区,焊接接头的抗拉强度降低。复合焊和激光焊拉伸断口都有明显的韧窝,但是在激光焊拉伸试样断口上有明显的脆性断裂区,在复合焊的韧窝中发现了蛇形花样。复合焊接接头的抗拉强度达到母材的63%以上;而激光焊焊接接头的抗拉强度只有母材的38%,复合焊存在软化区,而激光焊焊接接头软化现象不明显,激光焊拉伸试样断裂在焊缝区。
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