5083铝合金厚板超窄间隙激光填丝焊成形缺陷研究

发布时间：2019-09-28 10:41

【摘要】：针对5083铝合金厚板激光焊接中易出现的未熔合倾向和气孔缺陷问题,利用光纤激光对厚度为20mm的5083铝合金进行了超窄间隙填丝焊接试验。分析了激光功率、焊接速度和送丝速度对未熔合倾向和气孔缺陷的影响。结果表明,增加激光功率、减小焊接速度或送丝速度将会减小未熔合倾向;气孔缺陷将随激光功率和焊接速度的减小而减小,随送丝速度的增加先减小后增大。采用优化的工艺参数,即光丝间距为+1 mm、焊接速度为0.42m/min、激光功率为3.8kW、送丝速度为3.5m/min、离焦量为+20mm,实现了深度为17mm的超窄间隙坡口的5083铝合金激光填丝焊接,焊缝无未熔合缺陷,气孔率减小至0.25%。
【图文】：

示意图,焊接坡口,示意图,焊缝

中国激光Ｐｒ＝∑ＡｐＬＨ，（１）式中Ｌ为所检测焊缝的设定长度，去掉各１５ｍｍ的焊缝首尾不稳定段，试验中Ｌ取１００ｍｍ；Ｈ为焊缝的高度；∑Ａｐ为Ｌ长度焊缝上的气孔总面积。计算了焊缝中的气孔平均直径，以反映气孔的尺寸。图１焊接坡口示意图Ｆｉｇ．１Ｄｉａｇｒａｍｏｆｗｅｌｄｉｎｇｇｒｏｏｖｅ图２Ｘ射线无损检测示意图Ｆｉｇ．２ＤｉａｇｒａｍｆｏｒＸ－ｒａｙｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔ焊缝对坡口侧壁母材和前道焊缝的熔化能力不足时，会产生侧壁未熔合和层间未熔合的缺陷，这种熔化能力反映了未熔合缺陷的倾向。通过线切割取样制备金相，将母材研磨抛光后，用浓度为１０％的氢氟酸溶液对其进行腐蚀，以观察焊缝的宏观形貌。在焊缝横截面上测量焊缝在侧壁的熔深ＤＷ，以此反映焊缝对侧壁的熔化能力，ＤＷ值越大，，侧壁出现未熔合的倾向越校测量焊缝在前道焊缝中形成的熔深ＨＰ，以此来反映焊缝层间的熔化能力，即层间出现未熔合的倾向。超窄间隙激光填丝焊缝的几何参数示意图如图４所示。每个试样的ＤＷ取左右两侧值的平均值。图３使用不同软件标定后的气孔示意图。（ａ）使用Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ；（ｂ）使用Ｉｍａｇｅ－Ｊ２ｘＦｉｇ．３Ｄｉａｇｒａｍｏｆｐｏｒｅｓａｆｔｅｒｄｅｍａｒｃａｔｉｎｇｕｓｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｓ．（ａ）ＵｓｉｎｇＰｈｏｔｏｓｈｏｐ；（ｂ）ｕｓｉｎｇＩｍａｇｅ－Ｊ２ｘ图４超窄间隙激光填丝焊缝的几何参数示意图Ｆｉｇ．４Ｄｉａｇｒａｍｏｆｇｅｏｍｅｔｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｕｌｔｒａ－ｎａｒｒｏｗｇａｐｌａｓｅｒ

示意图,无损检测,射线,示意图

中国激光Ｐｒ＝∑ＡｐＬＨ，（１）式中Ｌ为所检测焊缝的设定长度，去掉各１５ｍｍ的焊缝首尾不稳定段，试验中Ｌ取１００ｍｍ；Ｈ为焊缝的高度；∑Ａｐ为Ｌ长度焊缝上的气孔总面积。计算了焊缝中的气孔平均直径，以反映气孔的尺寸。图１焊接坡口示意图Ｆｉｇ．１Ｄｉａｇｒａｍｏｆｗｅｌｄｉｎｇｇｒｏｏｖｅ图２Ｘ射线无损检测示意图Ｆｉｇ．２ＤｉａｇｒａｍｆｏｒＸ－ｒａｙｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔ焊缝对坡口侧壁母材和前道焊缝的熔化能力不足时，会产生侧壁未熔合和层间未熔合的缺陷，这种熔化能力反映了未熔合缺陷的倾向。通过线切割取样制备金相，将母材研磨抛光后，用浓度为１０％的氢氟酸溶液对其进行腐蚀，以观察焊缝的宏观形貌。在焊缝横截面上测量焊缝在侧壁的熔深ＤＷ，以此反映焊缝对侧壁的熔化能力，ＤＷ值越大，侧壁出现未熔合的倾向越校测量焊缝在前道焊缝中形成的熔深ＨＰ，以此来反映焊缝层间的熔化能力，即层间出现未熔合的倾向。超窄间隙激光填丝焊缝的几何参数示意图如图４所示。每个试样的ＤＷ取左右两侧值的平均值。图３使用不同软件标定后的气孔示意图。（ａ）使用Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ；（ｂ）使用Ｉｍａｇｅ－Ｊ２ｘＦｉｇ．３Ｄｉａｇｒａｍｏｆｐｏｒｅｓａｆｔｅｒｄｅｍａｒｃａｔｉｎｇｕｓｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｓ．（ａ）ＵｓｉｎｇＰｈｏｔｏｓｈｏｐ；（ｂ）ｕｓｉｎｇＩｍａｇｅ－Ｊ２ｘ图４超窄间隙激光填丝焊缝的几何参数示意图Ｆｉｇ．４Ｄｉａｇｒａｍｏｆｇｅｏｍｅｔｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｕｌｔｒａ－ｎａｒｒｏｗｇａｐｌａｓｅｒ
【作者单位】：上海交通大学材料科学与工程学院上海市激光制造与材料改性重点实验室;高新船舶与深海开发装备协同创新中心;沪东中华造船(集团)有限公司;
【基金】：工业与信息化部高技术船舶科研计划
【分类号】：TG456.7

【参考文献】