脉冲激光清洗对铝合金表面形貌及焊接质量的影响研究

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1、学校代号10532学号S150200216分类号TN249密级公开硕士学位论文脉冲激光清洗对铝合金表面形貌及焊接质量的影响研究学位申请人姓名王刚培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称周聪副研究员学科专业机械工程研究方向先进制造技术与装备论文提交日期2018年4月20日学校代号：10532学号：S150200216密级：公开湖南大学硕士学位论文脉冲激光清洗对铝合金表面形貌及焊接质量的影响研究学位申请人姓名：王刚导师姓名及职称：周聪副研究员培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2018年4月20日论文答辩日期：

2、2018年5月20日答辩委员会主席：金湘中教授StudyonEffectofPulseLaserCleaningonSurfaceMorphologyandWeldingQualityofAluminumAlloybyWANGGangB.E.(TaiyuanUniversityofTechnology)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringin

3、theGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociateResearcherZHOUCongApril,2018湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保

4、留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□√。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I脉冲激光清洗对铝合金表面形貌及焊接质量的影响研究摘要铝合金具有密度小、强度高、耐蚀、导热性高等特殊性能，其焊接结构件在动力机械、船舶制造、航空航天等

5、领域的应用越来越广泛。但铝合金在大气中易发生自然氧化，在其表面形成一层疏松多孔的氧化膜，该氧化膜易吸收水分和污物，增加了铝合金焊接时氢的来源，从而导致焊缝氢气孔的增加，严重影响焊接质量。传统的机械退膜或化学退膜方法存在劳动强度大、污染环境、损伤基体材料、退膜效率低等诸多不利之处，而通过激光清洗铝合金表面氧化膜具有基体损伤小、无污染、工艺简单、适应性广、效率高等优点。鉴于此，本文搭建了铝合金激光清洗试验平台和激光-MIG电弧复合焊接试验平台，对5A06铝合金表面氧化膜进行了激光清洗试验，并在此基础上进行焊接试验，验证了激光清洗预处理

6、对提高铝合金焊接质量的可行性和优越性。具体研究内容和结论如下：（1）分别采用皮秒激光和光纤激光进行铝合金激光清洗试验，利用全因子试验法研究了激光平均功率、光斑重叠率、扫描轨迹重叠率和辅助气体（空气、氩气）对清洗效果的影响规律。结果表明，不管是皮秒激光清洗还是光纤激光清洗，清洗深度与激光功率呈正相关，但随着激光功率的增大，清洗深度的增长趋势逐渐变缓。降低激光功率会降低清洗质量，适当增大重叠率后清洗质量可重新变得良好。在空气中进行激光清洗会造成铝合金表面二次氧化，平均功率越大二次氧化越严重，在氩气中激光清洗可有效避免清洗过程中铝合金的

7、二次氧化；对于皮秒激光清洗，过大或过小的重叠率均会导致清洗表面粗糙度增大、表面形貌变差。当激光平均功率为100W，光斑重叠率和扫描轨迹重叠率均为40%，辅助气体为氩气时，清洗效果最佳；对于光纤激光清洗，清洗表面粗糙度随重叠率的增大可分为三个阶段：维持高位，迅速减小，趋于稳定。当激光平均功率为100W，光斑重叠率和扫描轨迹重叠率均为60%，辅助气体为氩气时，清洗效果最佳。（2）根据激光清洗试验结果，从清洗质量和清洗效率两个方面对比分析了光纤激光与皮秒激光清洗效果的差异。结果表明，光纤激光清洗会造成铝合金基体表面熔化较严重，而皮秒激光

8、清洗则不存在这种现象。光纤激光清洗表面粗糙度较大，皮秒激光清洗表面粗糙度较小。在最佳清洗参数下，光纤激光的清洗深度较大，但面积清洗效率和体积清洗效率均不如皮秒激光。（3）在激光清洗试验的基础上，进行了铝合金激光-MIG电弧复合焊接试验，研究了皮秒激