7A52高强度铝合金线性变厚板激光焊接工艺研究

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7A52高强度铝合金材料由于力学性能优异、质量轻主要被应用在航空航天、汽车等领域,在满足强度要求的前提下,为了最大限度降低其质量,厚度连续变化的板材焊接在一起是近年来研究的热点。由于激光能量密度高、效率高等特点,成为铝合金材料焊接的较佳选择。但目前铝合金材料激光焊接的研究主要聚焦在等厚板方面,在变厚板激光焊接工艺方面研究较少。本课题以7A52高强度铝合金线性变厚板为研究对象。开展了恒定参数(恒定功率、恒定速度)和变参数(连续变功率、连续变速度)焊接变厚板的研究。具体研究工作如下:(1)搭建激光焊接系统平台,使用输出头类型为HHBH的光纤激光焊接头与ABB机械臂配套,多自由度焊接系统增加设备灵活性;自主设计的夹具固定在双轨变速滑移平台模组上,通过编译程序控制平台移动速度和加速度,控制焊接速度连续变化;调节功率、速度对7A52高强度铝合金线性变厚板进行定参数和变参数焊接。(2)在焊缝的薄端和厚端通过线切割截取尺寸为10x5mm的小块作为观测样品,镶嵌为圆柱体,砂纸打磨,抛光机抛光,氢氟酸腐蚀,金相显微镜观察焊缝组织结构、气孔、裂纹;使用ZEISS Gemini 300场发射扫描电子显微镜(SEM)观测不同厚度位置焊缝的观缺陷分布情况。(3)根据实验结果和检测结果分析焊接过程因输入能量和厚度不匹配、能量密度改变,导致薄端焊缝过熔透穿孔塌陷、厚端焊缝未熔透上凸,焊缝组织粗大、气孔集中分布、裂纹延展汇交等问题的形成机理。通过连续变功率、连续变速度、功率速度共同连续变化三种方式改变输入能量进行焊接,观测焊缝形貌,检测焊缝组织结构、焊接缺陷,明确功率变化区间和速度变化区间。探究激光功率、焊接速度、厚度和能量密度的耦合关系,实现激光焊接7A52高强度铝合金线性变厚板不同厚度位置的焊缝均匀熔透,解决焊缝组织粗大、气孔集中分布、裂纹延展汇交等问题,提高焊接质量。根据上述研究,确定了激光焊接7A52高强度铝合金线性变厚板具有良好焊缝形貌的能量密度值,连续变功率与厚度的线性关系、连续变速度与厚度的线性关系、功率速度与厚度耦合连续变化的线性关系。
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