焊接参数对焊缝的形成和微结构的影响Dual-Laser梁焊接铝合金的丁字接头

文摘

本文专注于焊接1.8毫米厚6061铝合金板丁字接头形式利用双激光,引入了一个Nd: YAG激光和有限公司₂激光与4043年铝填充焊丝。焊接参数的影响在丁字接头焊缝外观、微观结构和力学性能进行了研究系统,焊接参数的影响包括两个激光束之间的距离、焊接速度、激光功率和激光光束偏移向斯金格。焊缝的外观、微观组织、硬度的光学显微镜联合进行评估和微观硬度测试。一个单调的准静态拉伸试验是由一个白手起家的夹紧装置获得焊接接头的拉伸性能。在优化参数,焊接丁字接头显示良好的焊缝外观无宏观缺陷;焊缝的微观硬度范围从75到85高压_0.3,抗拉强度约为254 MPa的斯金格一边在热影响区断裂。

1。介绍

从需求的角度对减肥在航空业,机身面板连接的关节,将取代传统的机械紧固激光焊接(1]。激光焊接提供了杰出的高能量密度的特点,焊接速度高,运动系统的灵活性高,低失真,窄的热影响区和高depth-to-width比率(2- - - - - -4]。然而,机身面板的丁字接头焊接在一侧全熔透会造成扭曲,因为不对称力量。扭曲不仅增加衣服夹紧的困难,但也增加裂缝的概率(5- - - - - -7]。在过去的几十年,缓解方法已经开发使用不同的方法,以减少焊接变形,如压力没有歪曲焊接与额外的冷却(8),预变形(9)、热拉紧(10),优化焊接序列(11),或改变夹紧支撑距离(12]。这些方法能够减少丁字接头的失真,然而,双光束激光焊接同步在双方可以最小化的形成weld-induced self-stresses的焊缝,因为对称的应力分布。在重要,双光束激光焊接焊缝丁字接头丁字接头是一种更有效的方法配置。到目前为止,焊接参数对焊缝的影响形成和微观结构双丁字接头焊接的激光是很少报道,尤其是对薄铝合金板。所以本文在1.8毫米的焊接铝合金薄板丁字接头在双方同步。主要目标是评估焊接参数对微观结构的影响和联合系统力学性能。焊接参数包括两个激光束之间的距离、焊接速度、激光功率、激光光束偏移向斯金格(转炉)。

2。材料和方法

测试板用于本研究age-hardened (T6) 6061铝合金与1.8毫米的厚度。特约记者和机身的皮肤之间的焊缝两边同时焊接的斯金格通过双光束系统。15千瓦的双光束系统由连续波(cw)有限公司₂激光TLF15000 TRUMPF和3 kW cw Nd: YAG激光LS-YC IHI现货大小为0.86毫米和0.9毫米,分别。掺钕钇铝石榴石激光器光束在多模有限公司₂激光束是低阶的模式。双光束激光与自行设计夹具系统固定在一起,以确保同步。在激光加工,纯氦气作为保护气体,这是与激光束同轴喷射。流速是15到28 L / min的Nd: YAG激光和有限公司₂分别激光。根据pre-experiment结果和模拟计算,应用填料电线tehan - 4043铝合金的1.0毫米和1.2毫米直径。衬底材料的化学成分和填充焊丝是列在表中1和实验设置丁字接头焊接在图描述1。Nd: YAG激光形成一个角度β与皮肤和(45°)θ(25°)有限公司₂激光,填充焊丝举行11°角的斯金格的Nd: YAG但垂直于纵桁有限公司₂的一面。这些符号h和d代表激光的位置集中在斯金格,两束激光之间的距离,分别。在焊接之前,板表面被砂纸清洁,然后由氢氧化钠溶液清洗其次是硝酸去除和减少氧化膜。

使用光学显微镜图宏观图和微观结构进行了观察。硬度测试的截面焊接丁字接头使用负载300 g 15 s。丁字接头的拉伸测试进行了茨威格Z020 E-stretching机器的应变率0.5毫米/分钟的自制设备夹紧标本。按照常规操作一般在航空行业公认,丁字接头拉伸试验的试样几何和白手起家的夹紧装置的示意图描述如图2和3,分别。

3所示。实验结果和讨论

3.1。焊缝的外观

在我们pre-experiments,深层渗透不能由3 kW Nd: YAG由于低功率密度。然而,测试板的预热,焊接深度,可以显著提高。例如,示例预热在300°C显示深度的焊缝深两倍样品没有预热,1.00毫米和0.53毫米在相同的焊接条件(激光功率= 2.8千瓦,焊接速度= 1 m / min)。考虑到这一事实,背后放置了Nd: YAG激光有限公司₂激光促进预热和它的输出保持在2.8千瓦。填充焊丝的进给速率和转炉保持在1.4米/分钟和0.5毫米,因为它最小的感情。为了简化讨论,送丝速度的有限公司₂激光也保持在一个恒定值4.2米/分钟。

我们知道,两束激光之间的距离对焊接结果起着重要的作用。因此,也曾试验过不同的距离,从0到3毫米,以探讨该参数对焊接的稳定性的影响。如表2显示,当两个激光束之间的距离相对较小(0~1.0毫米)的吸收Nd: YAG激光功率增加,焊缝有更深层次和更广泛。然而,规模较小的距离导致更高的焊接过程的不稳定;这个问题存在由于更少的板的预热的位置Nd: YAG激光焦点,因此不完全填充焊丝的熔化,然后导致阻塞的送丝和中断焊接过程。如果距离太大(1.5~3.0毫米),板也不能预热足以获得深层渗透。两个激光束之间的距离范围从1.0到1.5毫米适合得到稳定的焊接加工和合适的焊接形成。在接下来的实验基础上,两束激光之间的距离是1.5毫米。

丁字接头成功焊接和焊接2到6米/分钟的速度和有限公司₂激光功率为7.8千瓦。焊缝截面的典型宏观图如图4。可以看出焊缝的有限公司₂激光在每张照片(左)是更广泛的比Nd: YAG的相对更高的能源输入有限公司₂激光。与此同时,随着焊接速度的增加,焊缝从全面、广泛渗透部分,小渗透。在数据削弱4(一)和4 (d),但原因是不同的。在焊接速度越低,削弱由于熔化金属的蒸发形成的。在焊接速度越高,削弱也形成快速冷却速度和填充焊丝不足。根据pre-experiment,孔隙度并不是主要的问题在整个焊接处理。一般而言,孔隙度与焊接速度增加,减少因为融化金属的流动改善和气体可以更容易逃脱。然而,当焊接速度过高,从池中气体不能逃脱在有限的时间和数量的孔隙度增加。全熔透焊接梁是有用的减少孔隙度。焊接速度范围3米/分钟到4米/分钟是合适的形成一个良好的焊缝。

焊缝横截面在不同的公司₂激光功率在同一焊接4米/分钟的速度图所示5。可以发现,随着激光功率的增加,焊缝的有限公司₂激光方面变得更大了,但小变化的Nd: YAG激光被观察到。当有限公司₂激光功率相对较低,在焊缝两边都是相似的,但不完全渗透形成如图5(一个)和5 (b)红色箭头指出。unpenetrated融合阻碍气体的逃逸高孔隙度的结果。随着激光功率的增加,焊缝区有限公司₂激光方面变得比Nd: YAG。当激光功率增加到8.0千瓦,削弱发生在有限公司₂激光,显示在图5 (e)。如数据所示5 (c)和5 (d),7.5千瓦的激光功率和7.8千瓦,声音没有macrodefects形成焊缝。

当激光点集中于关节的斯金格和皮肤(转炉= 0毫米),任何微小的变化可能导致大型焊接池的波动,这将导致一个不稳定的焊接过程。然而,激光向斯金格的偏移可以稳定焊接过程。表3腿上和内心的角焊缝的宽度提出装配式使用转炉0,0.5,和1.0毫米有限公司₂激光方面,分别。可以看出,腿上和内部焊缝的宽度不对称和上层的比例和内部焊缝转炉时腿宽度为1.35 1.0毫米。此外,有削弱斯金格(见图5 (e))。转炉0.5毫米时,上部和内部焊缝焊脚梁是对称的,没有任何明显的缺陷。

3.2。微观结构

光学显微照片,如图6(一),揭示了丁字接头的整体视图。而高倍率的图像点A, B, C, D图6(一个)显示为数字6(b),6(c),6(d)6分别(e)。焊接接缝的中心,非常好的cellular-dendrite结构被发现。粒度的Nd: YAG焊缝有点比在小公司₂激光由于更少的激光能量输入。根区域的混合焊缝如图6(e)包含几个不同的微观结构区域的融合区基材。(1)柱状区,平行树突优先沿着热流方向发展;(2)冷却区,小等轴晶粒形成;(3)热影响区(HAZ)晶粒生长粗等轴晶粒;(4)基材区域(BM)。细节是由虚线画的。

品种的微观结构是由不同的冷却速率和传热方向。凝固的形态学结构开发的融合区是控制的参数G / R (G是液体的热梯度和R是凝固生长比率)和过冷的水平。融合的中心地带,G / R达到最小值。靠近熔合线时,它得到了最大的柱状区,与微观结构改变的cellular-dendrite平行树突融合的中心地带。在熔合线附近,熔化的金属过冷程度高,形成细等轴晶粒(在寒冷地带)。粮食在热影响区热循环和粗生长的影响。

3.3。显微硬度

图7显示了整个焊缝显微硬度概要的丁字接头有限公司₂激光功率为7.5千瓦。的Nd: YAG融合区,硬度是轻微高于其他地区,因为低热量输入导致更小的晶粒尺寸。在一边的有限公司₂融合区域,微观硬度最低,热量输入更高和谷物生长粗。然而,焊缝表面附近的有限公司₂激光,冷却速度快的微观硬度急剧上升,因为和小颗粒。在混合区,微观硬度的值之间的Nd: YAG激光和有限公司₂激光。微观硬度的结果一致与晶粒尺寸的部分3.2描述。

3.4。抗拉强度

数据8和9显示出抗拉强度暗算激光功率和焊接速度,分别。当激光功率相对较低,因为nonfusion丁字接头表现出较低的抗拉强度。抗拉强度峰值位于约7.5 kW至7.8 kW,这与完全渗透没有任何明显的缺陷。如果激光功率不断增加,抗拉强度下降,因为生长晶粒尺寸和削弱。抗拉强度与焊接速度的情节是类似于图8出于同样的原因,正如上面所讨论的。与焊接速度增加,抗拉强度得到最大价值4 m / min,然后下降,峰值强度254 MPa的骨折在热影响区(HAZ)的斯金格的一面。

4所示。结论

(1)两个激光束之间的距离等参数(d),焊接速度(υ),激光功率(),激光光束偏移向斯金格(转炉)系统地调查。结果表明,这些参数对稳定性有很大的影响和宏观结构的焊接。(2)削弱将发生在相对较高和较低的焊接速度以及更高的激光功率。完成渗透有助于减少孔隙度。 (3)优化的参数(d= 1.0~1.5毫米,υ= 3~4米/分钟,千瓦,转炉= 0.5),丁字接头具有良好的焊缝外观,没有明显的孔隙度,观察削弱。 (4)显微镜观察显示,联合有不同的不同的区域具有不同微观结构从融合的中心地带到大英博物馆。融合的中心区域,细胞树突。虽然靠近熔合线,微观结构变化平行树突优先沿热流方向延伸。在寒冷地带,由于高过冷水平细等轴晶粒组成。在热影响区晶粒长大粗的热循环。 (5)微观硬度Nd: YAG区高于其他地区由于较小的晶粒尺寸。骨折的抗拉强度约为254 MPa在热影响区(HAZ)特约记者。

引用

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