铝合金激光焊接的研究介绍.ppt

,铝合金激光焊接的研究介绍 北京工业大学 杨勇维 2015年6月3日,1-181,1,1-181,1,一、铝合金激光焊基础,原理：利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。 按焊接熔池形成的机理区分，激光焊接有两种基本模式： 1.热导焊 2.深熔焊,1-181,1,一、铝合金激光焊基础,1.热导焊,1）所用激光功率密度较低（105106Wcm2） 2）工件吸收激光后，仅达到表面熔化，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。 这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。,1-181,1,一、铝合金激光焊基础,2.深熔焊,1）激光功率密度高（大于106107Wcm2）； 2）工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化的金属在蒸汽压力作用下形成小孔，激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。 3）小孔随着激光束沿焊接方向移动时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝。,1-181,1,材料热损伤小,优势,能量密度高,焊缝熔深较大,冶金结合强度高,总的热输入较小,接头成形好,变形较小,残余应力小,焊缝晶粒细小,强度提高,焊接速度快,大规模引入机器人焊接，易实现自动化,一、铝合金激光焊基础,1-181,1,能量损耗高,不足,反射效应,较高初始反射率,CO2初始反射率 高达97%,等离子体屏蔽效应,焊接缺陷,焊接气孔,焊接接头软化,力学性能,焊接裂纹,主要强化元素蒸发烧损严重， 力学性能下降严重,一、铝合金激光焊基础,1-181,1,案例：6061铝合金激光焊接,1.6061铝合金的特性： 良好的塑性，机械加工工性能； 合金元素含量不高，可通过时效热处理而达到较高的强度； 退火后仍保留较好的成型性，在实际工程应用中有较大的 应用价值。,表1. 实验用6061铝合金化学成分表（wt%）,表2. 实验用6061铝合金力学性能,1-181,1,案例：6061铝合金激光焊接,2.实验技术线路图,1-181,1,案例：6061铝合金激光焊接,3.表面状态对低功率激光焊接的影响,（1）.铝合金母材表面喷砂、 喷涂纯铝粉、涂敷活性剂及染色等处理均能够在一定程度上改善对激光的吸收率，增加焊缝熔深，其中采用SiO2活性剂增加幅度最大。,1-181,1,2019/10/26,11,案例：6061铝合金激光焊接,3.表面状态对低功率激光焊接的影响,（2）.焊接参数对焊缝缺陷有着重要的影响：连续激光焊中，随功率的增加，气孔有增多趋势;脉冲激光焊接中气孔趋势减小而裂纹的产生趋势增加。,1-181,1,案例：6061铝合金激光焊接,4.6061铝合金高功率激光焊接接头组织及力学性能,13,测试结果,金相组织,熔合线附近：柱状晶，生长方向垂直于熔合线； 焊缝中心：细小等轴晶组织及树枝晶,SEM+EDS,断口形貌观察与析出相成分分析,焊缝 的强度仅为母材的50%,硬度测试,焊缝硬度明显低于母材（强化相数量大为减少）,TEM测试,少量的强化相析出，但远少于时效的析出量,拉伸测试,DSC测试,证实焊缝中间有少量的强化相析出,1-181,案例：6061铝合金激光焊接,5.焊后时效对焊接接头组织及力学性能的影响,14,时效结果,焊缝组织,焊后人工时效，只改变接头中的析出相的种 类及数量，不改变接头的晶粒形态与大小；,显微硬度,450*6h+180*6h:平均约为60HV，明显低于母材；,530*6h+180*6h:平均约为75HV，与母材接近；,1.180 为一个比较合适的时效温度； 2.不同时效温度，时效不足与过时效均为降低焊缝力学性能；,530*6h+160/200 *6h:平均约为50HV；,TEM测试,530*6h+180*6h时效后，焊缝中存在 大量的30-50纳米左右，直径几个纳米的 针状“相，起强化作用。,DSC分析,1-181,案例：6061铝合金激光焊接,6.实验结论,15,（1）.表面状态对增加低功率铝合金激光焊接的吸光性能及熔深有一定的作用，但也会带来较多的气孔缺陷； （2）.焊接参数对焊缝熔深有一定的影响； （3）.高功率激光焊接接头的硬度明显降低，焊缝力学性能下降，表现为焊缝的软化； （4）.采用不同的固溶温度及时效温度，对高功率激光焊接接头进行人工时效，可以降低接头的软化效果。,1-181,三、铝合金激光焊的研究进展,方向1.铝合金激光焊接的焊透性的研究,目标：控制流光焊接中的光致等离子体： 1）关于铝合金对激光吸收率的研究； 2）关于铝合金激光焊接过程中等离子体的研究； 3）关于送粉及送丝在铝合金激光焊接中应用的研究。,1-181,1,三、铝合金激光焊的研究进展,方向2.工艺参数对铝合金激光焊接的影响研究,1）关于工艺参数对铝合金激光焊接焊缝成形的影 响研究； 2）关于工艺参数对铝合金激光焊接过程的稳定性的 影响研究； 3）关于工艺参数对铝合金激光焊接气孔的影响研究； 4）关于工艺参数对铝合金激光焊接裂纹的影响研究； 5）关于工艺参数对铝合金激光焊接接头性能的影响 研究。,1-181,1,三、铝合金激光焊的研究进展,方向3.铝合金激光-电弧复合焊接研究,激光焊接系统：激光+MIG复合焊设备,1-181,1,三、铝合金激光焊的研究进展,方向3.铝合金激光-电弧复合焊接研究,1）关于铝合金激光-MIG复合焊对焊缝熔深