激光功率对TC4钛合金薄板对接焊缝形貌的影响

发布时间：2021-07-23 18:11

　　使用10 kW连续光纤激光器对1.2 mm厚的TC4合金薄板进行了激光拼焊试验,研究了激光功率（1000、1200、1400、1600 W）对焊缝形貌的影响。研究发现,随着激光功率的增大,焊缝形貌的上熔宽和下熔宽均表现为增大趋势,激光功率越大,上下熔宽的尺寸差异越小。当激光功率为1000 W,焊接速度为1.4 m/min,离过量为+1 mm时,焊后钛合金板材存在未焊透缺陷,熔深仅为0.5 mm,上熔宽为1.4 mm,焊缝形貌呈"漏斗"。当激光功率为1200 W时,焊缝成形良好,焊缝形貌呈上宽下窄的"酒杯"状,焊缝上部出现明显的凹陷。当激光功率增大至1400 W时,焊缝形貌基本不变,上熔宽、下熔宽出现明显的增大。当激光功率继续增大至1600 W时,上熔宽和下熔宽在尺寸上的差异明显减小。 

【文章来源】：热加工工艺. 2020,49(15)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

激光焊接试验设备

激光拼焊示意图

图3为4个试样焊接接头的横截面形貌。由图可见，1号试样焊缝形貌呈“漏斗”状，如图3(a）所示。这主要是由于激光焊接过程中焊接热源能量高度集中，使得熔池温度激增，引起焊缝金属的蒸发，最后导致焊缝上部出现凹陷。由于激光功率较低，热输入不足，导致在焊缝区出现未焊透缺陷。该试样热影响区较宽，可看到母材与热影响区的明显分界。经测量，焊缝上熔宽为1.4mm，熔深仅为0.5mm，其远小于钛合金板材厚度的1.2mm。2号焊缝成形良好，钛合金板材被完全焊透，焊缝形貌呈上宽下窄的“酒杯”状，如图3(b）所示，然而由于金属的大量蒸发，焊缝凹陷较为严重。在重力和表面张力的共同作用下，在焊缝上部中心处与焊缝下部中心处均出现“驼峰”，随着远离焊缝中心，焊缝沿板材厚度方向向内凹陷。经测量，2号试样的焊缝形貌上熔宽为1.8mm，下熔宽为1.3 mm。对比试样1可发现，随着激光功率的增大，熔宽、熔深均有所增加。3号焊缝成形良好，焊接接头气孔率低。焊缝形貌上部宽，下端窄，呈“酒杯”状，如图3(c）所示。3号试样焊缝区未出现较深的凹陷，焊缝上部中心处出现“驼峰”，经测量，其高度约为1mm。在重力和表面张力的作用下，焊缝下部中心处向下凸出，其横截面呈圆弧状。测量得到3号试样的上熔宽和下熔宽分别为2.3、1.8mm，钛合金板材被完全焊透。4号试样TC4合金被完全焊透，焊缝上熔宽与下熔宽分别为2.5mm和2.1 mm，如图3(d）所示。与上述试样相比，上下熔宽在尺寸上的差异明显减小。焊缝形貌没有呈现明显的“酒杯”状，焊缝上部中心依旧存在轻微的“驼峰”，下部中心同样由于表面张力和重力的作用出现下凸的现象。本文对四组试样焊缝形貌的上熔宽、下熔宽进行了对比，熔宽对比结果如图4所示。由对比结果可见，随着激光功率的增大，由于热输入的增加，焊缝熔宽、熔深均呈增大趋势。当激光功率为1600W时，焊缝形貌的上熔宽达到了2.5mm，其下熔宽为2.1 mm，板材完全焊透。四组试样焊缝形貌的上熔宽均大于下熔宽，分析原因为：激光焊接试验选择的离焦量为+1mm，即激光束的焦点位于板材上部，激光束在板材上部位置的光斑直径小于板材下部，因而其能量密度高，在焊缝上部得到较大的熔宽。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3299783