工艺参数对铝合金激光填丝搭接焊缝成形的影响_王国振

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1、工艺参数对铝合金激光填丝搭接焊缝成形的影响11*121王国振王春明王军杨上陆胡席远（1.华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074;2.通用汽车中国科学研究院上海201206）摘要：铝合金的激光焊接具有焊接速度快、热输入量小、焊接质量高等独特优势；激光填丝焊接能够在降低激光焊接对工件焊前坡口准备和接头装配精度要求的同时，改善焊缝的冶金特性，防止裂纹等缺陷的形成，提高焊接接头性能，因此成为目前铝合金激光焊接普遍采用的技术。本试验采用激光填丝焊接的方法，研究三种主要的工艺参数，即激光功率、焊接速度、送丝速度，对575

2、4铝合金搭接焊缝表面成形及熔深的影响。试验发现，对焊缝表面成形影响最大的是焊接速度，在合适的焊接速度和光丝间距等条件下，激光功率和送丝速度对焊缝表面成形的影响较小；焊缝熔深和激光功率、焊接速度具有线性关系，激光功率增大、焊接速度减小，焊缝熔深有线性增加的趋势；另外，增大送丝速度，焊缝熔深明显减小，焊缝堆高明显增大，但是送丝速度对焊缝熔宽影响不大。关键词：激光填丝焊接铝合金搭接焊缝成形0前言全球变暖、CO2排放超标等环境问题与交通空航天、建筑以及电子行业中某些特殊型号的铝[6]运输工具，特别是轿车大量使用化石燃料密切相

3、合金焊接过程中。单激光焊接，焊接装配精度[1]关。安全、节能、环保已成为轿车制造行业的要求高，焊缝化学成分完全取决于母材，性能不发展方向，轿车材料的轻量化是实现轿车减重、能按要求调整，低熔点元素易蒸发造成接头性能节能、环保的重要途径之一。采用高性能轻质铝下降，而且单激光焊接过程不稳定，焊缝成形不[7]合金材料代替沉重的钢制材料已成为轿车工业关理想，会导致诸如焊塌、咬边和软化等的缺陷。[2]注的焦点。5754属于铝-镁系合金，是该系中的相比之下，采用填充焊丝是目前铝合金激光焊接典型合金。5754铝合金具有中高强度，优良

4、的耐普遍采用的技术，它可以改善焊缝的冶金特性，蚀性，良好的塑性和加工性能，不可热处理强化。防止焊接热裂纹等缺陷的出现。影响激光填丝焊在国外，不同状态的5754铝合金板材主要用于制接过程的因素有很多，如激光功率、焊接速度、作焊接结构件、大型屋面瓦，在汽车制造业中被送丝速度、保护气体流量、光丝间距等。研究这[3]广泛使用。些变量中的一个或几个对焊缝表面成形、焊缝熔针对5000系铝合金的焊接，传统的焊接方式深的影响，获得它们影响焊缝成形的趋势及机理，主要为惰性气体保护金属极电弧焊（MIG）、惰性有助于获得成性良好、缺陷少的

5、高质量焊缝。[4]气体保护钨极电弧焊（TIG）等电弧焊和电阻焊；本文采用4kw的YLR-4000光纤激光器，针但是由于铝合金熔点低、热传导系数大、密度小、对2mm厚的5754铝合金填入ER5356铝合金焊线膨胀系数大等特点，采用普通电弧焊接时，易丝，进行了激光填丝搭接焊接的研究。在实现稳在焊缝及热影响区中形成裂纹、焊缝成形质量差、定焊接的基础上，研究了三个重要的焊接参数，[5]热变形等各种焊接缺陷。激光功率、焊接速度、送丝速度对焊缝成形（主激光焊接具有焊接速度快、热输入量小、焊要为表面成形、焊缝熔深、焊缝熔宽和焊缝堆

6、高）[4]接质量高等优点，目前已经被应用于汽车、航影响的变化规律，并对相关机理进行了探讨。1试验准备及方法1.1试验准备试验材料选用2mm的5754铝镁合金板，试的ER5356焊丝。5754铝合金及焊丝主要化学成样尺寸为60mmX37mm。填充焊丝为直径1.2mm分见表1。*通讯作者，cmwang@hust.edu.cn表15754铝镁合金及ER5356焊丝的主要化学成分（wt%）MgSiCuMnTiFeZnCrAl57542.6-3.60.40.10.50.15.20.3Bal.ER53564.50-5.500

7、.250.10.05-5.50.40.10.05-0.20Bal.激光器为额定功率4kw的YLR-4000光纤激放入烘干炉中烘干，焊前取出，用丙酮进行清洗。光器，送丝设备为Fronius公司生产的专用送丝试验过程中，焊丝的杆身长度（焊丝伸出送丝枪系统，机器人为ABBIRB4400专用焊接机器人。的长度Ls）小于14mm，激光光斑中心与焊丝末端焊接过程采用前置送丝，焊丝与试板保持30°夹中心在焊接方向上的距离（Wx）为0.45-0.75mm角；保护气体为纯氩气，气嘴与试板保持45°夹（焊丝半径±光斑半径），在垂直于

8、焊接方向上的角，与试板的距离为5mm；激光离焦量为零，见距离（Wy）为小于±0.15mm（光斑半径）。见图2。图1。试验试板采用NaOH溶液清洗以除去表面的氧化膜，然后用HNO3中和碱液，清水清洗，之后图1激光填丝焊接示意图2光丝位置示意图1.2试验方法试验采用搭接的焊接形式，选择激光功率Ⅲ类成形，焊丝熔入焊缝过程极不稳定，焊缝波（P）、焊接速