△激光束與MIG槍的位置示意圖

焊接設(shè)置：

母材：Al5754 厚度3mm

保護(hù)氣：Ar

激光器功率：4kw

焊接光斑大小：0.4mm

焊絲材料：ER5356

機(jī)器人焊接速度：3.5m/min

光絲間距：2.5mm

MIG焊槍角度：對(duì)地40°

焊接參數(shù)設(shè)計(jì)：

△3x3焊接參數(shù)矩陣

參數(shù)設(shè)計(jì)主要是激光功率和焊接電壓的匹配，激光功率有三個(gè)水平（2500W,3000W，3500W）。電壓三個(gè)水平（24.5V,26.5V,28V），弧焊焊機(jī)一般有專家數(shù)據(jù)庫(kù)，所以只設(shè)置一個(gè)電壓，其他參數(shù)如電流，送絲速度等會(huì)自動(dòng)匹配。

——焊接結(jié)果——

焊縫尺寸

  △焊接尺寸及尺寸定義圖

由焊縫尺寸結(jié)果可以，激光功率為2500W時(shí)，S1,S2均沒(méi)有背透，S3有背透是由于增加了MIG焊的電壓及電流。Crown width可以看出是跟電壓電流值成正比的關(guān)系，說(shuō)明MIG焊的參數(shù)對(duì)焊縫寬度影響更為顯著。

△氣孔分布

9個(gè)樣件里都含有了不少的氣孔，結(jié)合相關(guān)的研究推測(cè)，大氣孔生成的主要原因是焊接過(guò)程的不穩(wěn)定，熔池里的氣體未逃逸出去，造成不規(guī)則的大氣孔。另外，由于5系金屬有大量的Mg元素，Mg元素的蒸發(fā)也會(huì)使得熔池不穩(wěn)定。提高激光-MIG焊能量的比率能夠穩(wěn)定電弧，使得熔池更加穩(wěn)定降低大氣孔形成的概率。

小氣孔形成的原因主要是混入了氫元素及熔池不穩(wěn)定，鋁合金或空氣中夾雜的水汽會(huì)使得熔池中的氫難逃出熔池。在焊前對(duì)鋁合金做清洗處理能夠顯著降低小氣孔生產(chǎn)的概率。

微觀組織

△微觀組織圖

通過(guò)觀察微觀組織結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)激光key-hole區(qū)域的組織比MIG焊區(qū)域的組織更加致密，因?yàn)榧す馊鄢氐睦鋮s速度快于MIG焊熔池。

殘余應(yīng)力

△殘余應(yīng)力數(shù)值

通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)值能夠很明顯看出，隨著熔深的增加，殘余應(yīng)力值是顯著下降的，說(shuō)明在MIG焊熔池區(qū)域殘余應(yīng)力較大，MIG焊對(duì)殘余應(yīng)力的影響顯著，因此更低的電壓和電流有助于降低焊縫的殘余應(yīng)力。

焊縫硬度

△硬度分布

從圖上的曲線可以看出，MIG焊區(qū)域的硬度呈“雙峰”狀，這個(gè)區(qū)域的硬度大于母材的原因是由于焊絲材料的添加。激光key-hole區(qū)域硬度呈“尖峰狀”，最高點(diǎn)的硬度比母材高20HV。

拉伸強(qiáng)度

△拉伸強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

從拉伸強(qiáng)度來(lái)看，S4組的拉伸強(qiáng)度能夠達(dá)到母材的80%以上（210MPa），S1和S2組拉力強(qiáng)度低是由于未焊透且含有9個(gè)樣件中最高的氣孔率，導(dǎo)致整體的拉力強(qiáng)度下降。

——結(jié)論——

總體來(lái)說(shuō)，所有樣件焊縫的質(zhì)量并不是很完美，但是通過(guò)一系列的測(cè)試研究，5系鋁合金的復(fù)合焊焊縫的性能基本讓讀者有個(gè)全面的了解。可參考的結(jié)論如下：

1、激光-弧焊能量比率提高有利于焊縫的穩(wěn)定；

2、避免氣孔的方法需要注意控制氫的來(lái)源，提升電弧的穩(wěn)定性；

3、弧焊區(qū)域的組織比激光keyhole區(qū)域更加粗糙；

4、弧焊的能量對(duì)焊縫組織的殘余應(yīng)力有顯著的影響；

5、焊縫組織硬度的分布規(guī)律；

6、焊縫的拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到母材的80%；

7、激光功率3000W，弧焊電壓24.5V，電流114A是這次研究中較好的參數(shù)組，可以作為參考，但仍需要優(yōu)化。