6016铝合金激光填丝焊工艺及时效对焊缝组织性能影响

发布时间：2020-11-05 11:07

　　 6016铝合金在车身轻量化制造中有着广泛的应用。本文以6016铝合金为试验材料,进行了激光填丝对接焊工艺试验,分析了焊缝成形的影响因素,研究了焊接接头的组织和性能特征,并通过观察不同时效时间焊缝析出相的特征,探讨了焊后时效对接头组织和性能的影响。本文通过工艺试验,研究了送丝方式、离焦量、光丝间距、激光功率、送丝速度和焊接速度等工艺参数对焊缝成形的影响规律。研究表明:为获得焊接过程稳定,成形良好的焊缝,选择合适的工艺参数为:采用前送丝方式,离焦量在0~+5mm范围内,光丝间距D=0.6mm。送丝速度始终保持为焊接速度的1.2倍。激光功率在2.5~3.5kW之间,每一个激光功率下,都对应一个稳定的焊接速度区间,激光功率P=3kW时,对应稳定的焊接速度区间最宽为3.2~4.2m/min。通过对成形良好的焊缝进行组织和性能分析,研究结果表明:6016铝合金激光填丝焊缝中心为细小的等轴晶,晶粒平均尺寸约为12μm,熔合线边缘为垂直方向生长柱状晶。在扫描电镜下,观察到焊缝晶内和晶界上分布着第二相,通过EDS元素成分分析,确定分别是Mg_2Si、Al_5FeSi和AlCuMgSi相。热影响区范围较窄,约为1.2mm。热输入的大小对焊接接头的组织和性能影响较大,随着热输入从45J/mm增加到60J/mm,焊缝中心等轴晶的平均尺寸从6.5μm增加到10.05μm,柱状枝晶的平均间距从6.73μm增加到10.8μm,焊接接头强度从226MPa减小到209MPa。6016铝合金激光焊接头在时效过程中,随着时效时间的延长,硬度和抗拉强度均先升高后降低,在10h达到峰值。使用光学金相显微镜观察焊缝,焊缝组织逐渐变得均匀。使用扫描电子显微镜观察焊缝,枝晶间和晶界上的结晶相组成未发生变化。使用透射电子显微镜分析结果表明:时效前焊缝为单一的α-Al基体组织,未观察到析出相;180℃时效2h后,基体上有少量的析出相产生,通过高分辨电镜观察分别为L相和Q’相;L相沿着[100]Al的方向析出,Q’相沿着510Al方向析出,呈颗粒状,时效初期析出相的尺寸都较小,长约为5nm;时效6h后,在基体上观察到弥散分布的θ’相,沿着100Al方向析出,呈片状,长度约50nm,截面尺寸约为13×7nm2;随着时效时间的延长,10h后在合金中观察到细小而均匀分布的β”相,沿着100Al方向生长,β”相呈针状,长约50nm,截面尺寸约为2×3nm~2。时效过程中析出相的产生对焊缝产生强化作用。6016铝合金激光焊焊缝在时效过程中观察到了Q’相,L相,θ’相,β”相四种类型的析出相,说明焊缝的时效行为不同于母材,与激光焊快速冷却焊缝凝固中元素的偏析有关。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG457.14
【部分图文】：

Si Mg Cu Mn Fe 0.6-1.0 0.4-0.8 015-0.6. 0.2-0.8 <0.5 0.8-1.2 0.6-1.0 0.15-0.6 0.2-0.8 <0.5 1.0-1.5 0.25-0.6 <0.2 <0.2 <0.5 0.6-1.1 0.5-1.0 0.5-0.9 0.1-0.45 <0.4 0.4-0.8 0.8-1.2 0.15-0.4 0.15 0.7 ，6000 系列铝合金合金元素含量较低，普遍且可以通过时效热处理形成强化相 β（Mg2S航空工业、机械等领域得到了广泛的应用。金中的主要强化相为 β（Mg2Si）， （Al）和 M-1 所示），在共晶温度下 Mg2Si 最大溶解度为 1的固溶度随着温度的降低而显著地下降，所以过程中的析出顺序为：过饱和固溶体→G.P 区格相 β[11]。

图 1-2 激光-电弧复合焊示意图Fig.1-2 Illustration of laser-MIG hybrid welding用激光-MIG 复合法焊接 6061 铝合金，控制电弧合适的工艺参数下得到的接头气孔率仅为 1.5%的 82.9%。他还研究发现激光-MIG 复合焊中，0 之间时，两者的耦合效果最好，相互促进作用点）激光焊接方法可将同一束激光采用光学方法分离为两束激光进行组合。由于双光束焊接同时使用两束激、光束间距、两束激光成的角度、聚焦位置以及池和焊道的形状进行控制，极大地丰富了焊接工大学的 Deutsch[44]等人使用双焦点激光焊接 1.焊缝成形比较宽，而且更浅，避免了铝合金焊oudou 等人使用双光束焊接 AA5083 和 A356 铝合

上海交通大学硕士学位论文个与焊丝相关的工艺参数，如送丝方向、送丝速度、送丝角度、光丝间距等。些参数影响着焊丝的加热、熔化以及进入熔池形成焊缝的过程，从而对焊接稳性和焊缝成形产生影响。因此焊丝的的加入使得激光填丝焊变得更加复杂和难控制[47]。所以必须要对光丝间距等焊接参数对焊缝成形质量和组织的影响进行究，通过优化工艺参数得到稳定的焊接过程和良好的焊缝成形，并获得工艺参对焊缝组织的影响规律，实现焊缝组织的调控以改善接头性能。国内外的学者因此对激光填丝焊技术进行了大量的研究，主要集中在焊丝的入行为、焊接工艺以及焊缝缺陷的控制等方面。肖荣诗等人[48]研究了不同送丝方式对焊丝加热机制的影响。前送丝时，沿焊方向焊丝在激光的前端，因此焊丝从熔池的前方送进；后送丝时，沿焊接方向丝在激光的后端，焊丝从熔池的后方送进。不同的送丝方向下，焊丝的加热机不同，如图 1-3 所示。
【参考文献】

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本文编号：2871548