5754-H32铝合金激光焊接接头组织与性能研究

发布时间：2017-03-22 05:01

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【摘要】：轻量化设计是车辆制造的主要趋势,铝合金是实现轻量化设计的重要材料。对于5754-H32铝合金材质的车体制造来说,常规的MIG焊和TIG焊由于热源相对发散能量密度不高导致熔透能力差,并且二者的焊接速度有限,较大的热输入造成铝合金接头变形大的同时力学性能下降。针对这些问题,本文对5754-H32铝合金采用了高能量密度、高焊接速和热变形小的激光焊接方法。试验时对5754-H32铝合金分别进行了两种接头形式的激光焊:上板厚1mm和下板厚2mm组合而成的侧角焊缝形式的搭接接头和1mm厚的对接接头。本文分析了焊接工艺参数对两种接头的焊缝成形、微观组织和力学性能的影响,同时对两种接头激光焊的热裂倾向以及焊缝缺陷机理进行了研究。试验结果表明:熔深和实际焊缝厚度受激光功率的影响更为显著,熔宽受焊接速度的影响更为显著;激光功率和焊接速度形成合适的相互匹配,才可以得到成形良好的焊缝。两种接头的焊缝区都为细小均匀的等轴晶,对接接头还会存在少量的等轴树枝晶,熔合区为柱状晶,热影响区较窄;焊缝组织为ɑ-Al固溶体。搭接接头的焊缝显微硬度为65.64HV,母材显微硬度为62.05HV,热影响区显微硬度为62.02HV。搭接接头获得的最大拉剪力为5.2kN,接头在薄板区焊缝处断裂,焊缝中心为微孔聚集韧性断裂,焊缝边缘处为剪切断裂。在规定以N=2×106的应力幅值为设计疲劳强度条件下,搭接接头疲劳强度为53MPa,疲劳断裂位置均是在搭接接头薄板区焊缝处。对接接头的焊缝显微硬度为62.48HV,热影响区的显微硬度为62.50HV,母材显微硬度为63.68HV。对接接头获得的最大抗拉强度为274MPa,接头均是在焊缝处断裂,属于微孔聚集型韧性断裂。对接接头在弯曲角达到180°的情况下均没有裂纹出现,抗弯曲变形能力良好。试验中采用鱼骨对接试验法发现,5754-H32铝合金激光焊接接头的热裂倾向不明显。对焊缝表面下榻缺陷的研究发现:搭接接头中Mg元素的烧损是焊缝表面下榻的主要因素;对接接头中熔池行为的不稳定是造成焊缝表面下塌的主要因素。对接头中的气孔缺陷研究发现:搭接接头中存在氧化膜气孔和氢气孔。氧化膜气孔的形成除了与焊前未清理干净的氧化膜有关,还和搭接接头上下板结合处在焊接过程会卷入空气而生成新的氧化膜有关。对接接头中只存在氢气孔,焊缝中未完全熔化的氧化膜为氢气孔的形成提供了氢的来源。在固态和液态铝合金中,氢的溶解度相差太大是产生氢气孔的关键因素。
【关键词】：5754-H32铝合金 激光焊接 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG456.7
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景及意义11-13
• 1.2 铝合金激光焊接方法研究概况13-17
• 1.2.1 铝合金活性剂激光焊13
• 1.2.2 铝合金双光束激光焊13-15
• 1.2.3 铝合金激光填丝焊15-16
• 1.2.4 铝合金激光-电弧复合焊16-17
• 1.3 铝合金激光焊接接头缺陷研究概况17-20
• 1.3.1 焊缝成形不良17-18
• 1.3.2 热裂纹18-19
• 1.3.3 气孔19-20
• 1.4 本文的主要研究内容20-23
• 第2章 试验材料、设备及方法23-33
• 2.1 试验材料23-24
• 2.2 试验设备及方法24-33
• 2.2.1 激光焊接设备24
• 2.2.2 搭接接头（角焊缝）激光焊24-26
• 2.2.3 对接接头激光焊26-28
• 2.2.4 热裂倾向28
• 2.2.5 接头形貌及组织分析28-29
• 2.2.6 接头力学性能测试29-33
• 第3章 搭接接头（角焊缝）激光焊33-55
• 3.1 工艺参数对搭接接头角焊缝成形的影响33-41
• 3.1.1 激光功率对焊缝成形的影响33-36
• 3.1.2 焊接速度对焊缝成形的影响36-39
• 3.1.3 焊接线能量对焊缝成形的影响39-41
• 3.2 搭接接头（角焊缝）微观组织41-43
• 3.3 搭接接头（角焊缝）力学性能43-52
• 3.3.1 显微硬度44-45
• 3.3.2 抗拉剪性能45-50
• 3.3.3 疲劳性能50-52
• 3.4 本章小结52-55
• 第4章 对接接头激光焊55-75
• 4.1 对接接头焊缝成形55-64
• 4.1.1 垫板对焊缝成形的影响55-56
• 4.1.2 气垫板内气体流量对焊缝成形的影响56-57
• 4.1.3 熔透状态对焊缝成形的影响57-60
• 4.1.4 工艺参数对焊缝成形的影响60-64
• 4.2 对接接头微观组织64-67
• 4.3 对接接头力学性能67-74
• 4.3.1 显微硬度67-68
• 4.3.2 拉伸性能68-73
• 4.3.3 弯曲性能73-74
• 4.4 本章小结74-75
• 第5章 激光焊接接头热裂倾向及焊缝缺陷机理研究75-85
• 5.1 热裂倾向75-76
• 5.2 焊缝表面下塌76-79
• 5.2.1 搭接接头76-78
• 5.2.2 对接接头78-79
• 5.3 焊缝气孔79-84
• 5.3.1 搭接接头79-82
• 5.3.2 对接接头82-84
• 5.4 本章小结84-85
• 第6章 结论85-87
• 参考文献87-95
• 致谢95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐景波;;汽车用铝合金激光填丝焊接工艺[J];电焊机;2014年12期

2 姚燕生;王园园;李修宇;;激光复合焊接技术综述[J];热加工工艺;2014年09期

3 秦国梁;王国刚;邹增大;;活性剂对6013铝合金薄板CO_2激光焊接工艺的影响(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年01期

4 杨t

本文编号：260883