6061铝合金板激光焊接工艺试验研究

作者:王毅; 刊名:轻合金加工技术 上传者:陈志宇

【摘要】采用功率为1 000 W的光纤激光器对6061铝合金板进行焊接试验,通过对激光功率、焊接速度及离焦量三因素、三水平进行正交试验,得到最大的焊缝强度241. 8 N/mm2,对应的最佳工艺参数为激光功率1 000 W,焊接速度50 mm/s,离焦量1 mm。进一步优化激光调制频率避免焊缝中出现气孔,当激光调制频率为1 000 Hz时,焊缝内部无气孔。

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铝合金由于质量轻、强度高、耐腐蚀性好等优点,已经在汽车制造、航空航天、五金制品及电子产品等行业得到广泛应用[1-4]。铝合金材料的焊接一直是难点,由于铝合金的热导率高(是不锈钢材料的4倍),焊接时热量快速向四周流失,无法形成有效的熔池,需要较大功率或者热量集中的热源才能进行焊接[5-7]。相对于传统的氩弧焊或者电阻焊接等方式,激光焊接具有热量密度高,总体的热量的输入少,焊接后变形量小,已经应用于铝合金的焊接[8-10]。6061铝合金是Al-Mg-Si合金,激光焊接主要存在以下问题:1)焊接冷却速度快,大量的氢气从熔池中溢出,形成气孔;2)合金中的Mg等低熔点金属容易发生烧损,降低合金强化作用,这两种情况都会导致焊接接头强度降低,影响实际使用[11]。目前对6061铝合金焊接研究的文献不多,杨得帅等人[12]对激光焊接后的接头进行人工时效处理;周立涛等人[13]采用激光功率为4 kW激光器进行扫描焊接试验,通过优化扫描速度等参数,可以将焊缝内气孔控制在3%以内。目前未见关于解决6061铝合金焊接气孔问题的研究报道。本试验采用1 000 W光纤激光器对3 mm厚度的6061铝合金板进行双面焊接,通过优化焊接工艺参数,得到强度高的无气孔焊缝,为实际生产中应用提供参考。1试验设备及材料1. 1试验设备采用平均功率为1 000 W的光纤激光器作为激光光源,该激光器中心波长1 080 nm,激光出光模式为基模,在调制模式下,频率50 Hz~5 000 Hz连续可调,占空比1%~100%连续可调,激光器结构非常紧凑,占地面积小,如图1所示。图1试验用的光纤激光器Fig. 1 Fiber laser used in the experiment1. 2试验材料试验材料为6061铝合金板,厚度为3. 0 mm,长宽尺寸为200 mm×100 mm的试验板料,材料化学成分见表1。采用拼接方式进行焊接,采用双面焊接方式,上、下两面的焊接工艺参数相同。焊接完成后,对焊接接头进行强度测试,拉力机为山东鑫光公司的电子万能试验机,型号为WDW-200A/WDW-200S/WDW-200E。表1 6061铝合金的化学成分(质量分数/%)Table 1 Chemical composition of tested plateof 6061aluminum alloy(wt/%)Mg Si Fe Cu Cr Mn ZnAl1. 06 0. 53 0. 38 0. 33 0. 17 0. 043 0. 016余量2试验过程及结果分析2. 1焊接工艺参数优化在前期大量实验的基础上得出影响6061铝合金焊接接头强度的主要工艺参数是激光功率、焊接速度及离焦量。对这三个参数进行三因素三水平正交法试验。焊接工艺因素水平表如表2所示。不同工艺参数组合试验结果示于表3。表2焊接工艺因素水平表Table 2 The levels of welding process factor水平A,激光功率/W B,焊接速度/(mm·s-1) C,离焦量/mm1800401290050231000603表3正交试验结果及分析Table 3 Results and analysis of orthogonal tests水平A,激光功率/WB,焊接速度/(mm·s-1)C,离焦量/mm接头强度/(N·mm-2)1800401150. 42800502130. 83800603109. 14900403211. 35900502200. 56900601197. 671000402223. 38100050124

参考文献

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