發(fā)布時(shí)間：2020-05-16 11:01

【摘要】：目前,5083鋁合金廣泛應(yīng)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(yàn)材料,進(jìn)行了激光-MIG復(fù)合焊接過(guò)程穩(wěn)定性與氣孔缺陷的研究。論文探討了焊接參數(shù)對(duì)焊接過(guò)程穩(wěn)定性和焊縫成形的影響,同時(shí),在焊透的條件下,探究焊接參數(shù)和坡口參數(shù)對(duì)對(duì)接焊縫內(nèi)部氣孔缺陷的影響,最終,通過(guò)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(xué)性能。首先本文基于短路過(guò)渡和射滴過(guò)渡兩種熔滴過(guò)渡條件,探究各焊接參數(shù)對(duì)過(guò)程穩(wěn)定性和焊縫成形的影響,結(jié)果顯示:兩種熔滴過(guò)渡條件下,隨著激光功率和熱源間距的增加,焊接過(guò)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(guò)程穩(wěn)定性和焊縫成形均變差。激光功率應(yīng)與焊接速度相匹配,當(dāng)焊接速度較低時(shí),較小的激光功率即可維持焊接過(guò)程的穩(wěn)定性,激光功率過(guò)大反而會(huì)降低焊接過(guò)程穩(wěn)定性,同時(shí)造成焊縫成形不佳;當(dāng)焊接速度較高時(shí),需要適當(dāng)提高激光功率。通過(guò)研究,短路過(guò)渡時(shí)焊接速度小于2m/min,激光功率2000W-4000W比較合理;射滴過(guò)渡時(shí),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(guò)程的穩(wěn)定。當(dāng)其它工藝參數(shù)選擇合適時(shí),短路過(guò)渡情況下,熱源間距選擇3mm比較合理,射滴過(guò)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(dāng)焊接過(guò)程穩(wěn)定時(shí),焊縫成形較好,同時(shí),任何參數(shù)條件下,短路過(guò)渡的成形均比射滴過(guò)渡時(shí)差,因此,實(shí)際焊接時(shí)宜采取射滴過(guò)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(duì)接間隙)對(duì)6mm厚5083鋁合金對(duì)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(shí),氣孔率和平均氣孔尺寸最小,當(dāng)熱源間距為1mm、5mm、7mm時(shí),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(duì)接間隙能有效減小焊縫中的氣孔率和氣孔平均尺寸,試驗(yàn)中對(duì)接間隙為0.6-0.9mm范圍內(nèi)時(shí),氣孔率已低于0.8%。本試驗(yàn)激光功率3200W、焊接速度1.5m/min、熱源間距3mm、坡口角度30°、對(duì)接間隙0.9mm時(shí),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(fù)合焊接并分析和焊接接頭的微觀組織和力學(xué)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(guān)。全厚度拉伸試驗(yàn)表明:焊接接頭抗拉強(qiáng)度約為母材的90.8%,延伸率約為母材的81.9%,通過(guò)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(yùn)輸業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵[1-3]。同時(shí)，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(shì)。保證交通運(yùn)輸工具的輕量化，除了采用新技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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?jī)H次于氧和硅，同時(shí)鋁合金具有密度低、塑性好、易于加工和無(wú)韌-脆轉(zhuǎn)變等優(yōu)點(diǎn)，在交通運(yùn)輸業(yè)越來(lái)越受到關(guān)注。目前，鋁合金已經(jīng)應(yīng)用到高速列車、船舶、汽車、航空航天等領(lǐng)域[6, 7]。在一些發(fā)達(dá)國(guó)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(qiáng)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(qiáng)化元素，與鋁生成 β 相提高了材料的強(qiáng)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(shí)，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(yīng)用越來(lái)越廣泛，如圖 1-1 所示。

上海交通大學(xué)碩士學(xué)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(guò)程中也遇到一些問(wèn)題，如焊接速度相對(duì)較件應(yīng)用難度較大；對(duì)裝夾剛性要求比較高；焊縫的尾限制了 FSW 在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[21, 22]。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG457.14

【參考文獻(xiàn)】

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1 李玲;董建雄;黃云飛;;汽車車身輕量化的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀(下)[J];汽車與配件;2015年37期

2 黃思俊;宋瑤;許聰磊;;不同保護(hù)氣體對(duì)6082-T6鋁合金GTAW焊接接頭組織和力學(xué)性能的影響[J];機(jī)械工程材料;2014年09期

3 陳一龍;;汽車輕量化技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及展望[J];汽車工藝與材料;2012年01期

4 吳曉旭;才智;徐淑紅;張金龍;蘆偉平;;化學(xué)成分對(duì)5083合金性能的影響[J];黑龍江冶金;2012年01期

5 胡佩佩;王春明;胡席遠(yuǎn);;光纖激光-MIG復(fù)合焊接中厚板鋁合金組織特征[J];電焊機(jī);2010年11期

6 楊守杰;楊霞;;高強(qiáng)度鋁合金的研究進(jìn)展[J];粉末冶金工業(yè);2010年05期

7 許鴻吉;唐海鷹;解鵬;謝明;焦建強(qiáng);;6082鋁合金FSW焊接接頭的組織與力學(xué)性能研究[J];材料導(dǎo)報(bào);2010年S1期

8 戴景杰;;鋁合金激光焊接工藝特性研究[J];電焊機(jī);2010年03期

9 陳小會(huì);揭小平;閆洪;陳國(guó)香;;高強(qiáng)鋁合金的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2009年S1期

10 高志國(guó);黃堅(jiān);李亞玲;吳毅雄;;激光-MIG復(fù)合焊中激光與電弧前后位置對(duì)焊縫成形的影響[J];焊接學(xué)報(bào);2008年12期

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1 李飛;5083鋁合金光纖激光—變極性TIG復(fù)合焊接工藝及機(jī)理研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2014年

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1 焦嬌;基于等離子體電信號(hào)的激光焊過(guò)程分析[D];天津大學(xué);2014年

2 古寶康;船用5083鋁合金板材攪拌摩擦焊技術(shù)研究[D];華南理工大學(xué);2014年

3 牛振;船用5083鋁合金CO_2激光焊接焊縫成形質(zhì)量研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2008年

4 薛誠(chéng);鋁合金MIG焊熔池與熔滴過(guò)渡信息視覺(jué)檢測(cè)與分析[D];蘭州理工大學(xué);2008年

5 黃岸;鋁合金MIG焊智能控制及多傳感信息的處理研究[D];蘭州理工大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2666637