
△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。
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