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车用AA7075(T6)激光-MIG复合焊和单独激光焊接头组织和性能研究

1.引言

铝合金材料由于导电导热性好、质量轻、抗腐蚀、易成形等优点，受到众多工业制造领域的青睐，可以制造各种各样化工耐蚀和低温设备，这样极大地推动了铝合金焊接技术的发展。因此，提高铝合金焊接的生产率和焊接质量，减少焊接缺陷存在的高效焊接方法已成为实际生产的迫切要求[1]。

激光焊接是实现铝合金结构联接最具有技术和经济优势的加工方法。在工业生产中，激光焊接是一种很有前景的连接工艺，因为他能在较高的焊接速度和较低的热输入下，获得深而窄的焊接接头，但成本高。气体保护焊虽然成本低，在焊接特性上又有一定的局限性，将两种方法结合，可有效的提高焊接效率，近年来发展的铝合金复合焊接技术主要是采用高能焊接方法，如激光-电弧焊、激光-等离子弧焊、等离子电弧焊、等离子-电子束焊、TIG-MIG、等。这些焊接方法具有能量密度大且较集中、焊接速度高、焊接变形小、焊接质量高等优点[1]。此外，基于固相连接技术的新型焊接技术——搅拌摩擦焊也可用于高强铝合金的焊接，该种方法具有优良的接头力学生能，不需要填充焊接材料，没有焊接烟法和飞溅，很少的焊前准备和焊接变形等优势。在此主要针对高强铝合金激光-电弧复合焊进行分析。

2.激光复合焊的现状、实验研究及应用

2.1.高强铝合金激光焊接分析及现状

铝合金材料由于导电导热性好、质量轻、抗腐蚀、易成形等优点，受到众多工业制造领域的青睐[1]，美欧等主要工业国家都用4位数字来表示铝和铝合金牌号，其中2系与7系一般为高强度铝合金，主要为压力加工铝合金中防锈铝合金类、硬铝合金类、超硬铝合金类、锻铝合金类、铝锂合金类。铝合金的激光焊接在八十年代还被认为是不可能的，这主要是由于铝合金对激光的高反射性和自身的高导热性。除此之外铝合金还存在一些难点，例如铝元素电离能力低，焊接过程中光致等离子体易于过热和扩展，焊接过程稳定性差；激光焊接熔深比大，气泡不易上浮析出，容易产生气孔等[9]。

激光焊接是上世纪中后期发展起来的一种焊接新技术，与传统的焊接方法相比，激光焊因其熔深大、速度快、焊后变形相对较小以及适合难焊金属的焊接而广发应用于许多工业领域。但激光焊设备占地面积大，购置费用昂贵，设备维修费用高等缺陷限制了激光焊接在更多工业领域中的应用[2]。而弧焊作为一种成熟的金属连接技术已经在工业界得到了广泛的应用，但由于束流能量密度的限制，相对于高能束流焊接而言，弧焊的焊接厚度和焊接速度均较小，且焊缝的热影响区较大，焊缝具有较小的深宽比[3]。

当前，国际上铝合金激光焊接的另一热点是采用所谓的复合工艺。即将激光与电弧焊接结合起来。这种复合工艺被认为是综合了激光与电弧的优点，即将激光的高能量密度和电弧的较大加热区组合起来，同时，通过激光与电弧的相互作用，来改善激光的耦合特性和电弧的稳定性，以获得一种综合的效果[1]。

2.2.激光电弧复合焊焊接性实验研究

激光熔化极惰性气体保护复合焊技术由于其商业上应用的多样性被很快的接受。当这种应用被广泛传播时，我们就需要了解大量工艺参数与焊接结果之间的关系，来研究包括焊接质量，焊接组织性能，焊道扭曲变形等[4]。

A．熔化极气体保护焊（MIG）

MIG焊接是一种效率高、自动化程度高的连接方法。对AZ31B镁铝合金MIG焊进行了研究，实验表明MIG焊接时热影响区和焊缝晶粒的变化趋势与TIG焊接相类似。热影响区的晶粒粗大,焊缝区晶粒较均匀,如图1所示。但MIG焊接接头的晶内和晶界处连续析出物增多,热影响区晶内析出物较多,而HAZ又是焊接接头的薄弱环节,所以会减小HAZ出现焊接缺陷(如热裂纹)的几率。MIG焊接时有飞溅现象,焊缝成形不及TIG均匀；MIG焊接接头的余高较高,因为一些不稳定因素,焊缝处会出现焊瘤；MIG焊缝区的显微硬度比TIG焊高；MIG焊接热影响区HAZ的晶内析出相弥散分布,焊缝区晶界析出相连续分布;而且MIG焊接接头的显微硬度值较TIG焊接时要高,焊接接头的力学性能有所提高[5]。

图SEQ图表\*ARABIC1.MIG焊接接头的显微组织

对高强Al-Cu合金2219MIG焊焊接接头组织与性能进行研究。2219铝合金母材及人工时效处理条件下焊接接头强度系数为母材的63.2%，延伸率（δ）仅为4.7%，远低于母材的15.4%。将时效处理后的焊接接头拉伸性能与焊态下的接头拉伸性能进行比较，发现经过人工时效处理，接头强度明显提高，抗拉强度σb由296.4MPa上升到316.4MPa，强度系数达到母材的67.6%，塑性有一定的下降，延伸率δ由4.7%降到4.0%。对接头拉伸断口进行观察发现焊接接头断裂部位均为为焊缝，说明焊缝为焊接接头薄弱区。焊接接头HAZ的硬度高于焊缝的硬度，越靠近熔合线，焊缝硬