T6铝合金脉冲激光焊接接头组织与性能研究

发布时间：2016-11-24 08:56

  本文关键词：6082-T6铝合金脉冲激光焊接接头组织与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

《吉林大学》 2015年

6082-T6铝合金脉冲激光焊接接头组织与性能研究

魏阿娟  

【摘要】：6000系铝合金成型性好、比强度高、耐腐蚀、耐高温且易于回收，是汽车外覆盖件及零部件制造理想的轻量化材料之一。6000系铝合金属于Al-Mg-Si系热处理强化铝合金，合金性能对温度和成分的变化极为敏感，焊接过程存在合金元素氧化和烧损严重、焊缝区组织不均、热裂纹倾向大及接头不等强性等问题，对焊接技术要求高，很大程度上制约了6000系铝合金在汽车中的应用。本文针对薄板6082-T6铝合金材料特点，选用功率密度高、线能量易控制及焊接变形量小的脉冲激光热源，，开展了无填充焊丝和填充焊丝条件下的接头组织及性能研究。 试验研究了脉冲激光焊接过程、温度场分布及接头成形特点，建立了熔池受力模型，分析了无填充焊丝接头的微观组织，探讨了接头缺陷的产生机理及预防措施。试验结果表明，6082-T6铝合金脉冲激光焊接过程伴随金属蒸汽及焊接烟雾的产生，其中，焊接烟雾的形成与合金中Al和Mg元素的汽化蒸发有关；距离焊缝中心1mm~8mm处测点热循环曲线峰值温度分别为1221℃、559℃、335℃、247℃、232℃、203℃、185℃及165℃，越靠近焊缝中心，峰值温度梯度变化越大，平均升温速率及冷却速率越高，1mm测点平均升温速率达到566.16℃/s，冷却速率达到38.44℃/s，曲线在液相线温度以上停留时间为2.88s~3.26s。熔池金属受到脉冲激光冲击力、金属蒸汽反作用力、熔池表面张力、保护气流吹力、夹具拘束力及液态金属自身重力的综合作用，且受力的形式及大小随激光能量而变化。无填充焊丝接头的焊缝区由单独脉冲作用形成的粗大柱状晶区、多个脉冲共同作用形成的等轴细晶区以及过渡区组成，焊缝区相组成为-Al固溶体；热影响区由低温固态相变区及高温熔合区组成；接头易产生塌陷、飞溅、热裂纹及气孔缺陷。 试验通过单脉冲能量、平均峰值功率密度及光斑重叠率计算，分析了脉冲电流、焊接速度及脉冲波形对接头成形的影响规律。工艺参数对接头成形的影响包括三个阶段：第一阶段，接头未焊透，截面呈半圆形，接头深宽比值为0.5~0.7；第二阶段，接头临界焊透，截面呈“V”型，接头深宽比值增加至0.7~0.9；第三阶段，接头完全焊透，截面呈“U”型，接头深宽比值下降至0.7~0.8。 试验通过填充焊丝调整焊缝成分，其中，填充富Si焊丝（ER4043和ER4047）的接头焊缝区由-Al和（-Al+Si）共晶相组成，共晶物呈条状非连续态分布于固溶体的晶界，少量呈颗粒状或短棒状分布于晶粒内部；填充富Mg焊丝（ER5356）的接头焊缝区由-Al和β-Mg2Si金属间化合物组成。与无填充焊丝时相比，填充焊丝使接头抗拉强度提高了73%~180%。其中，填充ER4047的接头抗拉强度最高，为234.26MPa，达到母材强度的69.19%，断口呈韧性断裂；填充ER4043的接头抗拉强度为207.79MPa，达到母材强度的61.37%，断口呈韧性断裂；填充ER5356的接头抗拉强度最低，为144.18MPa，达到母材强度的42.58%，断口呈脆性与韧性混合断裂。

【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG407
【目录】：

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