铝合金光纤激光填丝焊接工艺研究

邵操

摘 要： 铝合金性能强，密度低，具有良好的耐腐蚀性，强度和刚度较高，属于较为理想的一种金属结构材料，主要应用在航天航空和通信等领域中。激光焊接铝合金具有高效率、大焊缝深度宽比和窄热影响区等特征受到大众关注，但是这种焊接方式在焊接铝合金时会出现接头气孔、裂纹等问题，影响成品质量。基于此，本文就铝合金光纤激光填丝焊接工艺展开研究，首先该试验作出了相应的准备工作，其次对其试验结果进行了分析，以期能够提高铝合金焊接水平。

关键词： 铝合金;光纤激光填丝焊接;工艺

【中图分类号】TG457.14     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.38.221

铝合金不仅可以应用在航天航空等领域，同时也能够应用在建材家电等领域中。铝合金激光焊接凭借着激光高密度性质使其表面熔化升温，之后利用熔池训冷却凝固，进而形成焊缝。相对于其他焊接方式而言，铝合金激光焊的优势更加明显，而采用铝合金光纤激光填丝焊接就是通过加入合金焊丝使焊接接头合金元素损坏量减少，进而对焊缝气孔以及热裂纹等现象起到抑制作用，改善焊缝下榻、凹陷等问题，提高焊接接头整体性能。

1 焊接工艺试验相关准备

选择5083铝合金作为试验材料，焊丝直径选择1.2mm。焊接试样包含了两块板材，规格为200*100*4mm，屈服强度是235MPa，抗拉强度是342MPa，延伸率可以达到12.5%。

采用光纤激光填丝焊接铝合金，选择IPG YLS-6000光纤激光器，焊接保护气选择氩气，激光焦点位于板材表面时，光丝监督就是激光焦点与焊丝轴线和板材表面交汇位置，在板材表面没有激光和焊丝轴线交点时，光丝间距就是正值，在板材上方两轴线有交点时光丝间距就是负值[1]。在进行焊接前，需要对试样进程出来，先将试样油污使用丙酮清除掉，之后将其氧化膜用氢氧化钠溶液清除，之后将残留碱液用30%硝酸溶液进行中和，并将其用流水清洗掉，最后将其放进干燥箱12h后取出，进行焊接试验。焊接后，将焊缝横截面截取下来制备成试样后进行机械研磨、抛光、腐蚀等操作后，对其微观形态进行观察，之后进行接头硬度测试和抗拉伸试验，对断口情况进行扫描观察。

2 焊接工艺试验结果分析

2.1 工艺参数

若是激光功率、焊接以及送丝速度等参数保持固定，则光丝间距d会影响焊缝成形，如图1。若间距为-2mm时，焊缝表面会有间歇隆起现象，成形效果不佳;若是间距为0mm，则焊缝表面波动并不明显，成形效果加好，若是间距为1mm，则焊缝表面波纹均匀且光亮，成形效果最佳，若是间距扩大到2mm，则焊缝中会出现未熔化焊丝痕迹，成形效果变差。而在高速摄像中，不同光丝间距的焊丝融合行为特征不同，若是間距为-2mm，则焊丝和激光轴线有明显的过度交叉现象，辐照焊丝熔化和板材上方有逐渐扩大的球形液滴，在达到一定程度后脱离焊丝进入到熔池内，使其波动程度增加，导致焊接稳定性下降，进而形成了不规则的焊缝[2]。若是间距为1mm，焊丝和激光轴线有明显合适相交现象，彼此距离he恩瑾，但是并没有被阻挡，熔化后可迅速与熔池相熔，整个过程连续且稳定，波动若，较为稳定，成形效果好。若间距为2mm，焊丝在初时并没有与激光轴线相交，但是随着时间推移，其逐渐在接触阻力的影响下朝向激光束方向出现弯曲，在于激光辐照区接近时，激光束会直接使焊丝半熔化，而未熔化部位会出现软化铺展，影响焊缝成形。

2.2 焊接组织

工艺条件优化后，填丝焊接头成像中发现，焊缝内部有颜色不同条纹，特别是位于焊缝上半部分有很深和很密的层状条纹，在于熔合线内部接近的部位也有很多偏析线，形状和熔合线平行，且在焊缝中心部位的偏析线颜色比较深，深度上逐渐从密集条纹逐渐变为致密偏析团，一直延伸到焊缝底部，心部晶粒团簇偏析现象比较低，分布也比较稀疏[3]。

2.3 接头性能

铝合金光纤激光填丝焊缝结构的横截面中部水平方向显微硬度分布类似于自溶焊接头硬度分布，都表现为相较于母材而言，中心硬度更低，两侧区域存在较窄的热影响现象。100g载荷情况下，焊缝中心硬度大约在86.5HV0.1，与自熔焊硬度82HV0.1对比来说，其硬度有所上升，这是由于填丝导致的晶粒细化。

对比光纤激光自熔焊以及填丝焊接的力学性能，可以发现，填丝焊接头部的抗拉强度可以达到母材的88%，延伸率可以达到母材的5.43%，相对于自熔焊接更高，屈从强度接近于母材以及自熔焊接[4]。这是由于填丝焊接能够将焊缝表面存在的缺陷消除，成形稳定，因此可以防止接头受力而导致表面缺陷应力集中，使焊接接头性能大大优化，同时，填丝焊接组织细化，晶粒细化可以提高其受力能力，进而导致其力学性能提升。而对于抗拉强度而言，尽管填丝焊接的抗拉强度较高，但是其相对于母材而言仍然较低，这是由于铝合金为无法通过热处理强化，其只能够通过加工硬化和固溶实现强化，焊接会导致金属熔化，相对于母材而言其强度就比较低。

结束语：综上所述，本文通过对铝合金光纤激光填丝焊接进行试验得到，焊接工艺质量与工艺参数、焊接组织和接头性能等因素有关，激光填丝焊接能够使焊接过程稳定，消除焊接缺陷，成形效果好，可以细化焊缝内部，提高接头抗拉强度、延伸率。

参考文献

[1] 张登明，胡佩佩，成群林，等.LY12铝合金蒙皮骨架结构激光填丝焊接工艺研究[J].热加工工艺，2019，48（01）：78-81.

[2] 白利兵.薄板铝合金光纤激光-MIG复合焊工艺与性能研究[J].焊接技术，2020，v.49;No.329（04）：5-6+35-40.

[3] 朱宝华，李小婷，孙子路.半导体激光填丝焊工艺研究[J].应用激光，2018，38（05）：783-786.

[4] 黄毅，黄坚，聂璞林.6016和5182铝合金激光焊接接头的组织与织构[J].中国激光，2019，046（004）：42-48.