氦—氩混合保护气对A7N01铝合金激光-MIG复合焊接特性的影响

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1、国内图书分类号：TG457.1密级：公开西南交通大学研究生学位论文氦-氩混合保护气对A7N01铝合金激光-MIG复合焊接特性的影响年级二〇一五级姓名何双申请学位级别工学硕士专业材料科学与工程指导老师陈辉教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TG457.1SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeDissertationINFLUENCEOFHELIUM-ARGONSHIELDINGGASESONLASER-MIGHYBRIDWELDINGOFA7N01ALUMINUMALLOYGrade:2015Candidate:S

2、huangHeAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialsScienceandEngineeringSupervisor:Prof.HuiChenMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要A7N01铝合金主要合金元素为Al-Zn-Mg，具有比重小、比强度高、易加工成形、无磁性、无低温脆性转变等优点，成为工业应用中主要的轻质高强材料。激光-电弧复合焊接技术综合了激光自熔焊和电弧焊两者的优势，具备热输入小，变形小，焊接速度高、适应性强等优点，在工业领域中有广泛的应用前景。而

3、焊接气孔缺陷和熔深较浅仍是铝合金焊接中的主要问题。本文采用不同比例的氦-氩混合保护气体以降低焊缝气孔缺陷，同时提高能量吸收率，增加焊缝熔深。为了较全面的认识不同保护气体对激光-脉冲MIG（metalinertgasarcwelding，熔化极氩弧焊）复合焊接特性的影响，文中从等离子体特性、熔滴行为、焊缝成形及气孔缺陷四个方面进行了一系列的理论分析与试验研究。使用高速摄像机和瞬态光谱仪等设备对比分析了铝合金激光自熔焊、脉冲MIG焊和激光-脉冲MIG复合焊三种焊接方式的特点，并根据Boltzman作图法和Stark展宽法计算等离子体温度和电子密度。发现复合焊接等离子体温

4、度、电子密度最高，脉冲MIG焊次之，激光自熔焊最低；在复合焊中等离子体及熔滴过渡稳定性最好。重点研究了不同比例的氦-氩气混合保护气体对激光-脉冲MIG复合焊接过程中离子形态及熔滴行为的影响。结果表明随着保护气体中氦气含量的增大，电弧与光致等离子被明显压缩至熔池表面，同时焊丝端部与熔池距离缩短，逐渐形成短路过渡。氦气含量超过50%后，电弧燃烧不稳定，熔滴过渡周期长，导致焊接过程不稳、焊缝成形差。随着氦气含量的增加光谱辐射强度逐渐减弱，等离子体温度和电子密度也逐渐降低。复合焊接中焊缝熔深随氦气含量的增加而增大，高纯氦气保护时，熔深约6.9mm，约为高纯氩气时熔深的1.6

5、倍。高纯氦气保护时匙孔更稳定且表面尺寸较小，孔壁的Fresnel吸收作用增强从而使焊缝熔深增大。通过理论计算发现等离子对激光能量的逆韧致吸收和折射作用对光纤激光能量的损失很小，可以忽略不计。保护气中加入氦气可增强焊接过程匙孔稳定性，避免匙孔失稳形成焊缝气孔。随着氦-氩混合保护气中氦气比例的增大焊缝气孔率渐降低，在氦气成分达到50%后，焊缝气孔率变化不大，与高纯氩相比气孔率降低了约80%。关键词：激光-MIG复合焊；保护气成分；等离子体；熔滴过渡；气孔西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractLaser-archybridweldingtechnology

6、combinestheadvantagesoflaserweldingandarcwelding.Thetechnologyisboundtobewidelyusedintheindustrialfieldforitsadvantagesoflowerheatinput,smalldeformation,highweldingspeedandwideadaptability.ThemainelementofaluminumalloyisAl-Zn-Mg,whichhastheadvantagesofsmallspecificgravity,highspecifics

7、trength,easyprocessingandforming,nomagnetic,nolow-temperaturetransitions,so,ithasbecomethemainhigh-strengthlightmaterialinindustrialapplication.However,thelowenergyabsorptionandporositydefectsinaluminumalloyweldingarestillthemainproblemsoflaser-archybridwelding.Inthispaper,differentp