5A06铝合金激光-MIG复合焊接气孔缺陷形态与影响因素研究

作     者：赵艳秋 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：占小红

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：5A06铝合金 激光-MIG复合焊接 焊接热输入 显微组织 气孔 

摘      要：激光-熔化极惰性气体保护(Melt Inert Gas,MIG)复合焊接技术有效结合了激光焊接与MIG焊接的优点,已成为中厚板铝合金的高效连接技术。5A06铝合金由于具有较低的密度、较高的强度和良好的抗蚀性,已经大量应用于航天器的燃料贮箱。相对于贮箱目前所采用的传统焊接技术而言,激光-MIG复合焊接技术的连接效率显著提高,但是仍存在气孔缺陷明显等问题亟待攻克。本文采用大功率碟片激光器与MIG焊接系统对6.9 mm厚5A06铝合金开展激光-MIG复合焊接实验,重点研究焊缝内的气孔形貌及分布形态,探究气孔形成原理及影响因素。首先,针对6.9 mm厚5A06铝合金初步开展激光-MIG复合焊接实验;在此基础上,构建5A06铝合金激光-MIG复合焊接三维温度场有限元模型,研究焊接过程温度场分布特征。基于不同焊接热输入,进一步开展激光-MIG复合焊接实验,并针对焊接接头宏观形貌、显微组织与拉伸性能进行分析。研究结果表明,焊缝宏观形貌与焊接热输入密切相关。从熔合线至焊缝中心,显微组织由柱状晶向等轴树枝晶过渡。根据不同MIG热输入下的接头形貌,可将焊接接头分为两类。此外,焊缝内部不可避免地存在Mg元素的烧损行为。在激光-MIG复合焊接能量配比系数最小的情况下,获得了拉伸强度最高的焊接接头,可达到母材的85.14%。其次,本文研究了5A06铝合金激光-MIG复合焊接气孔的形态。研究结果表明,焊缝内冶金气孔的数量明显多于工艺气孔,且气孔的形成对焊缝内枝晶的生长存在显著影响。工艺气孔的形成与匙孔尖端的稳定性密切相关,其主要分布于焊缝下半区域。冶金气孔的形成与氢元素的形成密切相关,与此同时生成的沉淀相容易聚集在气孔壁上,尺寸较小的冶金气孔主要分布于焊缝上半区域。最后,研究了5A06铝合金激光-MIG复合焊接气孔的影响因素,重点考察了焊接热输入、坡口形式、预置垫板等因素对气孔的影响。结果表明,相较于未熔透的焊缝,完全熔透的焊缝气孔率较低。适当增加MIG热输入,利于降低焊缝气孔率。将激光-MIG复合焊接能量配比系数控制在0.5左右,可获得气孔率较低的焊接接头。此外,与Y型坡口相比,I型坡口的焊接熔池体积更小,并且对MIG热输入选择范围具有一定的局限性,因此不利于焊接过程中熔池内气泡的逸出。预置垫板条件下的焊接接头表面成型较好,但激光功率较大时,容易在焊缝背面接近预置垫板区域形成工艺气孔。