【摘要】：目前,5083鋁合金廣泛應用于航空航天、高速列車、LNG船舶和汽車等方面。本文以6mm厚的5083鋁合金為試驗材料,進行了激光-MIG復合焊接過程穩(wěn)定性與氣孔缺陷的研究。論文探討了焊接參數(shù)對焊接過程穩(wěn)定性和焊縫成形的影響,同時,在焊透的條件下,探究焊接參數(shù)和坡口參數(shù)對對接焊縫內(nèi)部氣孔缺陷的影響,最終,通過優(yōu)化的參數(shù)得到了良好的焊接接頭,并分析了接頭的顯微組織和力學性能。首先本文基于短路過渡和射滴過渡兩種熔滴過渡條件,探究各焊接參數(shù)對過程穩(wěn)定性和焊縫成形的影響,結(jié)果顯示:兩種熔滴過渡條件下,隨著激光功率和熱源間距的增加,焊接過程穩(wěn)定性和焊縫成形均先變好后變差,隨著焊接速度的增加,焊接過程穩(wěn)定性和焊縫成形均變差。激光功率應與焊接速度相匹配,當焊接速度較低時,較小的激光功率即可維持焊接過程的穩(wěn)定性,激光功率過大反而會降低焊接過程穩(wěn)定性,同時造成焊縫成形不佳;當焊接速度較高時,需要適當提高激光功率。通過研究,短路過渡時焊接速度小于2m/min,激光功率2000W-4000W比較合理;射滴過渡時,焊接速度不宜高于3m/min,激光功率可在2000W-6000W范圍選擇。激光功率或焊接速度繼續(xù)增大均難以保證焊接過程的穩(wěn)定。當其它工藝參數(shù)選擇合適時,短路過渡情況下,熱源間距選擇3mm比較合理,射滴過渡情況下,熱源間距在1-5mm范圍內(nèi)選取即可,工藝窗口稍大。另外,從成形的角度考慮,當焊接過程穩(wěn)定時,焊縫成形較好,同時,任何參數(shù)條件下,短路過渡的成形均比射滴過渡時差,因此,實際焊接時宜采取射滴過渡的方式。其次研究了焊透狀態(tài)下焊接參數(shù)(激光功率、焊接速度、熱源間距)和坡口參數(shù)(坡口角度、對接間隙)對6mm厚5083鋁合金對接焊縫內(nèi)部氣孔缺陷的影響,結(jié)果表明,增加激光功率后上部氣孔率基本不變(0.2%-0.3%),下部氣孔率增加,氣孔平均尺寸變大;提高焊接速度后上部氣孔率基本不變(0.1%-0.3%),下部氣孔率和氣孔平均尺寸均先減小后變大;熱源間距為3mm時,氣孔率和平均氣孔尺寸最小,當熱源間距為1mm、5mm、7mm時,隨著熱源間距的增加,焊縫上部氣孔率增加,但焊縫總氣孔率和氣孔平均尺寸變化不大;坡隨著坡口角度的增加,焊縫上部氣孔率、下部氣孔率、總氣孔率和氣孔平均尺寸均減小;合理的對接間隙能有效減小焊縫中的氣孔率和氣孔平均尺寸,試驗中對接間隙為0.6-0.9mm范圍內(nèi)時,氣孔率已低于0.8%。本試驗激光功率3200W、焊接速度1.5m/min、熱源間距3mm、坡口角度30°、對接間隙0.9mm時,可得到氣孔缺陷較少的焊接接頭。最后采用如上參數(shù)完成了6mm厚的5083鋁合金激光-MIG復合焊接并分析和焊接接頭的微觀組織和力學性能,結(jié)果表明,焊縫上部熱輸入較大,晶粒較粗大,中心為等軸晶,邊緣柱狀晶特征不明顯;焊縫下部熱輸入較小,晶粒比焊縫上部小,中心為等軸晶,邊緣為明顯的柱狀晶。焊縫區(qū)硬度略低于母材,焊縫上部硬度略低于焊縫下部,EDS結(jié)果顯示,焊接接頭硬度變化主要與Mg元素的燒損有關。全厚度拉伸試驗表明:焊接接頭抗拉強度約為母材的90.8%,延伸率約為母材的81.9%,通過SEM觀察拉伸試樣斷口,發(fā)現(xiàn)大量韌窩,呈現(xiàn)明顯的韌性斷裂的特征。
【圖文】：

氣的排放是目前交通運輸業(yè)發(fā)展的關鍵[1-3]。同時，隨著人們生活水平的提高，安全、舒適、環(huán)保的輕量化出行也成為一種趨勢。保證交通運輸工具的輕量化，除了采用新技術在結(jié)構(gòu)設計方面創(chuàng)新，最有效地方法是降低交通工具自身的質(zhì)量[4, 5]。鋁合金含量豐富，在地殼中含量僅次于氧和硅，同時鋁合金具有密度低、塑性好、易于加工和無韌-脆轉(zhuǎn)變等優(yōu)點，在交通運輸業(yè)越來越受到關注。目前，鋁合金已經(jīng)應用到高速列車、船舶、汽車、航空航天等領域[6, 7]。在一些發(fā)達國家，已經(jīng)制造出全鋁列車等，有研究表明，采用鋁合金的鐵路列車與普通列車相比，能耗至少降低 10%，輕量化效果十分明顯[8]。5083 鋁合金屬于 Al-Mg 系合金的一種，供貨狀態(tài)為退火態(tài)或加工硬化態(tài)，屬于不可熱處理強化的鋁合金。5083 鋁合金具有優(yōu)良的性能，其中，Mg 作為主要的強化元素，與鋁生成 β 相提高了材料的強度[9, 10]；合金中還含有少量的 Mn和 Cr，可提高材料的耐蝕性[11]；同時，5083 鋁合金還具有良好的加工性能和焊接性等，因此在航空航天、高速列車、LNG 船舶和汽車等方面的應用越來越廣泛，如圖 1-1 所示。

上海交通大學碩士學位論文面積足夠大，，增大了焊縫金屬填充量，降低了焊接焊（FSW）是利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與工件摩擦生熱形，加上壓力的作用實現(xiàn)的一種固相連接[20]，焊接統(tǒng)的電弧焊方法焊接鋁合金時，容易產(chǎn)生氣孔等焊接由于不存在材料的熔化，且由于軸向壓力的存在，缺陷，獲得致密的焊接接頭。同時，MIG 焊焊接鋁造成焊接接頭的軟化，而 FSW 可有效地避免焊接接發(fā)展的過程中也遇到一些問題，如焊接速度相對較件應用難度較大；對裝夾剛性要求比較高；焊縫的尾限制了 FSW 在實際工業(yè)生產(chǎn)中的應用[21, 22]。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG457.14

【參考文獻】

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本文編號：2666637