1420铝锂合金激光焊接工艺研究

对2.5 mm厚1420铝锂合金板材进行了YAG激光焊接,重点研究了YAG激光焊接工艺参数对焊缝成形的影响和接头的拉伸、疲劳性能及其影响因素.研究结果表明,焊接工艺参数中离焦量对焊缝成形的影响为抛物线趋势,存在最佳离焦量值;焊接速度对它的影响为直线下降趋势;激光功率对它的影响为直线上升趋势.热处理的影响较大,热处理后接头的抗拉强度有很大提高.     

1420铝锂合金激光焊接气孔形成机理

1420铝锂合金与传统的2000、7000系列铝合金相比，密度低12％，弹性模量高8％左右，具有优异的抗腐蚀性和高温性能。激光焊接作为一种快速高效的焊接方法，在焊接1420铝锂合金时存在一个问题，即具有严重的气孔倾向。针对1420铝锂合金激光焊接中气孔产生的原因进行了比较系统的分析。分析认为，表层物质是焊接过程中氢的主要来源，一定要采用适当的方法进行彻底的清除，而Mg、Li等合金元素不仅增加了熔池吸氢倾向，还增加了匙孔末端的不稳定性，应该采用合适的熔透模式，改善熔池的流动，将这种不稳定性降到最低。     

焊接工艺参数对铝锂合金激光焊焊缝成形的影响

通过3 mm厚5A90铝锂合金激光焊工艺试验,采用无量纲背宽比R表征焊缝截面,较系统地研究了激光功率、焊接速度和离焦量对焊缝成形的影响规律.结果表明,焊缝背宽比随激光功率的增大而增大,随焊接速度的增大而减小,且在离焦量为0～+1 mm范围内达到最大.激光功率和焊接速度的合理匹配,可以获得较好的焊缝成形.     

1420铝锂合金双光点激光焊接头成形

在对2 mm厚1420铝锂合金开展双光点激光焊接试验的基础上,研究了激光功率、焊接速度、离焦量等焊接参数和光点间距、排列位向角度、能量分配等双光点调节参数与焊接接头成形特征的关系;对比分析了单、双光点激光焊接参数和接头成形特点.结果表明,1420铝锂合金双光点激光焊接参数阈值范围较单光点激光窄;光点间距对接头成形的影响大小取决于光点能量分布;光点能量分布在40/60和60/40时,接头成形较好;光点位向由串行排列到并行排列过程中,接头正面熔宽增加,熔深减小.     

铝锂合金激光焊接技术研究进展

先进轻质铝锂合金因其出色的断裂韧性、高比强度比刚度、稳定高低温性能、良好耐蚀性,现已成为最具竞争力的航空航天材料之一。激光焊接具有能量密度高、热影响区窄、结构变形小和焊接速度快等优势,是焊接铝锂合金薄板材料最具潜力的工艺方法。采用铝锂合金焊接结构替代机械连接,可有效提高材料利用率,减少零件使用,降低制造成本,实现结构减重。目前,铝锂合金因其自身材料特性,在激光焊接过程中仍存在一些关键技术问题亟待解决。本文综述了铝锂合金,激光焊接技术,以及铝锂合金激光焊接技术在国内外航空航天领域的研究现状,并展望了铝锂合金激光焊接技术的主要研究方向。     

铝锂合金激光填丝焊接接头组织性能研究

利用激光填丝焊接方法对5A90铝锂合金薄板焊接头的组织性能进行了研究。结果表明:激光填丝焊接头的主要组织特征为细晶层和焊缝区大范围等轴晶,与激光焊接头类似,而不同之处表现为激光填丝焊接头的显微组织相对细化,柱状晶区范围相对减小。激光填丝焊缝区硬度HV0.2(925.7MPa)略低于激光焊缝区硬度(956.5MPa),但前者硬度分布更加均匀。激光填丝焊接头的抗拉强度稍低于激光焊接头,分别达母材的79.22%和73.03%,但其断后延伸率却显著高于后者,分别达母材的38.65%和20.38%。综上所述,5A90铝锂合金激光填丝焊接头的组织性能略优于激光焊接头,若使激光填丝焊接头的综合力学性能达到使用要求,不仅需要焊后热处理强化,还需要与母材匹配性更好的焊丝。     

铝锂合金YAG-MIG复合焊焊缝成形特征

基于铝锂合金激光电弧复合焊焊缝成形特征的分析,对5A90铝锂合金YAG-MIG复合焊接工艺展开研究.固定选取合理的焊接位置条件下,讨论了激光功率、焊接速度、焊接电流和热源作用间距等主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律.结果表明,两热源间距在0～6mm之间时有较好的复合效应;激光功率的增加对增大焊缝熔深和背面熔宽起主导作用;焊缝正、背面熔宽随着焊接速度的提高均明显减小,熔深亦有减小趋势;焊接电流加大时,焊缝熔深和熔宽显著增大.     

2060铝锂合金填充ER4047焊丝激光焊接接头组织性能研究

利用光纤激光填充ER4047焊丝对2060铝锂合金进行了对接试验,研究了焊缝形貌和组织特征、合金元素微观偏析、二次相析出、焊缝的力学性能等,分析了其相互关系。结果表明,合理的焊接工艺下焊缝成形良好,沿熔合线分布着非常细小的等轴晶,焊缝中心为大量的等轴树枝晶,柱状晶区域比较窄;焊缝存在较为严重的微观偏析,主要的合金元素Cu、Mg、Si等集中分布在晶界处,Al元素在晶间含量较少;主要强化相T1(Al_2CuLi)在焊缝中几乎全部消失,并有一定数量的TB(Al_7Cu_4Li)相析出;填充ER4047焊丝的焊缝晶间存在大量的共晶体,较多的Mg_2Si及Al_xCu_yMn_(1-x-y)二次相等;热影响区(HAZ)中晶粒和二次相尺寸变大,并有θ'(Al_2Cu)、TB及未溶解的T1(Al_2CuLi)等相共存。最佳工艺下接头的性能测试发现,焊缝区的硬度(HV)最小,平均为986 MPa,约为母材硬度的65%;接头抗拉强度达到了354 MPa,伸长率为4.9%,分别为母材2060合金的67%和40.8%。焊缝区是接头的最薄弱环节,拉伸断裂优先发生于焊缝下部的粗大的等轴晶区,沿晶界逐渐向上扩展,最终沿柱状晶区断裂,断口表现为韧窝聚集型沿晶断裂。     

1420铝锂合金激光焊接气孔抑制技术

分别采用气体和固体两种类型、三台激光器对1420铝锂合金消除气孔的焊接工艺进行了试验研究.结果表明,1420铝合金表面氧化膜对产生气孔有很大影响,化学清理可以获得气孔较少的焊缝.保护气体种类、气体流量、焊接速度对1420铝锂合金气孔都有影响.适宜的双激光束焊接工艺可以获得成形美观且无气孔的优质1420铝锂合金焊缝,是1420铝锂合金焊接较为理想的焊接工艺.     

1420铝锂合金激光焊接接头疲劳性能分析

以厚2.5mm的1420铝锂合金板材作为试验对象，针对激光焊接工艺方法中容易影响疲劳性能的焊后热处理工艺进行了研究，并分析了这个因素对接头疲劳性能的影响。试验结果表明：热处理工艺对接头的疲劳性能影响最大，热处理工艺选择不当，能使疲劳性能明显下降。     

采用填充焊丝的外加电流铝合金CO2激光焊接

在铝合金CO2激光焊接时,通过填充焊丝向焊接熔池注入外加电流,直流电源的一极与填充焊丝相连,另一极在熔池后方与工件相连,由此构成电流回路.研究结果表明,随着外加电流的增加,焊缝熔深和面积增大,且焊缝表面成形更加均匀,鱼磷纹更加细密,即外加电流提高了焊接效率,改善了焊接过程的稳定性.进一步研究表明,外加电流的电阻热对焊接结果的影响极小.外加电流对铝合金CO2激光焊接的影响归因于电流的磁流体效应.     

交流CMT焊接工艺对2198铝锂合金接头组织及性能的影响

铝锂合金是航空航天设备减重的理想轻质高强材料。采用交流CMT工艺并填充ER4043焊丝焊接厚2 mm的2198-T8铝锂合金薄板,并采用金相显微镜、维氏显微硬度计和拉伸试验机研究交流CMT对2198铝锂合金接头气孔、显微组织、力学性能的影响。结果表明,焊接电流90 A、电压10.7 V、焊接速度80 cm/min时,焊缝成形良好,焊接接头无宏观裂纹缺陷;利用显微镜可观察到焊接接头存在较多的气孔;熔合线显微硬度最低为68 HV;接头最大抗拉强度270 MPa,达到母材的64.3%,断裂方式为准解理断裂。     

5A90铝锂合金T形接头激光填丝焊接头组织性能分析

对2.5 mm厚5A90铝锂合金T形接头激光焊和激光填丝焊接头组织与性能进行了研究.结果表明,与不填丝相比,焊接过程中填充焊丝有效减少角焊缝咬边、下塌等缺陷,明显改善焊缝表面成形,同时增大了接头熔化区面积,提高了激光的吸收率;填丝还使得T形接头两侧角焊缝组织大小趋于相同,但组织相对粗大;接头抗拉强度接近提高20%,拉伸断口呈韧性断裂.     

6061铝合金激光填丝焊接接头组织与性能

以2mm厚6061－T651铝合金的激光填丝焊对接接头为研究对象,利用光学显微镜、SEM、EDS、显微硬度计分析了优化试验条件下焊接接头的显微组织、析出相形态、分布及成分,并测试了接头的显微硬度。分析结果表明,由于激光焊具有能量集中、热输入小的特点,焊缝晶粒细小且热影响区较窄。在焊缝内部,大量条状和颗粒状的析出相均匀分布于其中,对焊缝的力学性能有显著影响。此外,焊后焊缝区的硬度远高于热影响区和母材,这与焊缝中大量析出的增强相、硅硬质点等因素有关。     

TC4钛合金窄间隙激光填绞股焊丝焊接接头组织及性能

采用实心绞股焊丝,通过窄间隙激光填丝焊对TC4钛合金进行焊接,分析了激光填丝焊接头各区域的微观组织及形貌,并测试了焊接接头的显微硬度、室温拉伸性能及冲击性能等力学性能。结果表明,焊缝截面整体成形良好,无明显未熔合和气孔等缺陷;母材由等轴α+β相组成,热影响区晶粒比母材稍大,热影响区由针状α′马氏体+初生α相组成,焊缝由粗大的原始β柱状晶和内部网篮状α′马氏体组成;焊接接头的抗拉强度平均值达940 MPa,拉伸断裂在母材,断口韧窝较浅,主要表现为韧性断裂特征;焊缝的显微硬度平均值为375 HV,高于母材及热影响区。创新点： 采用高熔敷效率的绞股焊丝作为填充金属,对 20 mm 厚 TC4 钛合金板进行激光填丝焊,探究了厚板钛合金焊接接头的组织与性能分布规律,为厚板钛合金焊接结构的实际应用提供基础数据支撑。     

ZM5铸镁激光填丝补焊工艺特性与组织分析

针对ZM5铸镁缺陷补焊难题,开展光纤激光填丝焊接工艺特性研究,并采用SEM及EDS对焊缝组织进行分析。结果表明,激光束离焦量增加至20 mm时,由激光深熔焊变为热导焊模式,焊缝变宽,熔深变小,稀释率降至0.65,焊缝成形良好;随激光功率增加,稀释率变大,润湿角变大;焊接速度减小,稀释率变小。激光功率为2.1 k W,焊接速度v=0.5 m/min,稀释率为0.52,焊缝成形良好。激光热导焊接热输入小,焊缝组织晶粒细化,先析出α-Mg相基体弥散分布β-Mg17Al12与δ-Mg共晶相。     

填充焊丝对6A02铝合金光纤激光焊接接头组织性能的影响

采用ER4043焊丝开展了1.0 mm厚6A02铝合金的光纤激光填丝焊接,对比分析了是否填丝对焊缝横截面形貌、接头组织、显微硬度分布和拉伸性能的影响.结果表明,激光填丝焊缝成形饱满,能够显著提高焊前装配的最大间隙容忍裕度.与自熔激光焊接接头相比,激光填丝焊接接头熔合区附近的柱状晶组织和焊缝中心的混合组织（柱状晶+等轴晶）均相对粗化,接头软化现象更加明显,焊态时接头抗拉强度基本相当,仅达到母材水平的83.2%,但经历固溶时效热处理后,接头强度得以恢复,并高于母材水平,断后伸长率获得显著改善,可以达到21.29%,远高于前者的8.13%.     

薄板2524铝合金激光填丝焊接工艺及组织性能

2524铝合金是具有优异损伤容限的新型航空高强Al-Cu-Mg合金.采用高功率光纤激光器焊接1.6 mm厚2524铝合金,研究了填充5087焊丝情况下,激光功率、焊接速度和填丝速度对焊缝成形、热裂纹倾向和焊缝显微组织的影响,优化焊接工艺参数,考察接头静态拉伸性能.结果表明,采用填充材料后,焊缝柱状枝晶生长方向性明显减小、晶粒细化、晶界共晶增多、热裂纹倾向降低.当激光功率为2.5 kW,焊接速度为2 m/min,填丝速度为2 m/min时,可获得成形良好、无缺陷的焊缝,接头抗拉强度达到313~324 MPa,拉伸断裂于接头熔合线附近,断口处有大量韧窝,呈韧性断裂特征.