铝合金MIG+激光复合焊接工艺的相关分析

铝合金MIG+激光复合焊接工艺的相关分析

赵占胜

陕西航天机电环境工程设计院有限责任公司陕西西安710100

摘要：针对铝合金MIG+激光复合焊接工艺，本文以6005A-T6铝合金材料为对象开展了焊接试验，针对厚度不同的板材实现了工艺参数优化，发现4-6mm厚铝合金焊接接头气孔缺陷较少，6mm厚接头热影响区最窄，而不同厚度板材焊接接头拉伸性能均良好，通过控制材料厚度和热输入量可以获得较好的工艺效果。

关键词：MIG+激光；复合焊接工艺；铝合金

引言：在铝合金焊接方面，MIG+激光复合焊接技术是较好的材料连接方法，能够克服部分铝合金焊接缺陷。因此，还应加强对MIG+激光复合焊接工艺研究，继而更好的进行该技术的推广应用。

1铝合金MIG+激光复合焊接技术

作为具有高比强度的合金，铝合金热稳定性较好，拥有良好再生性和易成形特性，耐腐蚀，所以在较多领域得到了应用。而铝合金焊接大多采用激光焊接工艺，受光束直径细、坡口装配间隙不超出0.5mm等因素的影响，采用该种工艺需要满足严格的准备工序要求，焊接过程中需要实现高精度跟踪，造成焊接成本过高。采用MIG+激光复合焊接技术，可以对激光焊接与MIG焊接优点进行融合，通过复合电弧焊增加溶池宽度，降低装配要求，能够为焊缝跟踪提供便利。在激光和电弧相互影响下，也获得较好的复合效应[1]。但就目前来看，采用MIG+激光复合焊接技术需要使工艺与接头型式相匹配，容易受到复合热源热作用影响，工艺适应性问题较为复杂，因此限制了该种技术的应用。

2铝合金MIG+激光复合焊接工艺分析

2.1焊接条件

为深入分析MIG+激光复合焊接工艺适应性问题，可以选择常用6005A-T6铝合金材料进行焊接试验，材料Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr化学成分分别为0.75%、0.35%、0.30%、0.50%、0.60%、0.30%。采用试样为300mm×150mm的板材，厚度分别为4mm、6mm、10mm、16mm，从而得到不同坡口形式。采用焊丝为ER5356，直径1.2mm。焊接时采用KempArc-450脉冲焊机和IPGYLS-4000光纤激光器，光纤芯径200μm，输出波长达1.06μm，额定功率4.2kW。完成焊接后，需要利用蔡司显微镜进行金相组织观测，并利用HVS-30型显微型硬度计在中间位置沿焊缝进行硬度实验，利用WDW3100微机控制电子万能试验拉伸机对接头性能进行测试。

2.2焊接工艺

焊接时，针对厚4mm板材不设置坡口，6mm、10mm、16mm板材坡口分别为60°、60°和40°。焊接前需要完成板材打磨，将表面清洗干净。在操作过程中，使激光在前，使焊接方向与激光器与焊枪保持同轴，板材与焊枪之间保持72.5°夹角，与激光器保持105°夹角[2]。而保护器采用99.999%氩气，流量为25L/min，光丝3mm间距，激光离焦量0mm。针对4mm厚板材，在未开坡口和留间隙情况下，由于热源能量集中，具有较大熔深，所以依然可以将板材焊透，仅需要较小焊接洪天亮，焊接速度较大，能够缓慢送丝。针对6mm厚板材，利用间隙获得较大熔深，可以快速送丝，并实现单道焊接成形。针对10mm厚板材，需要增大间隙获得足够熔深，第一道需要进行打底焊，保持较快的焊接速度和较大激光功率，以便利用激光热穿透能力获得大的熔深。第二道为盖面焊，可以较慢速度和较小功率焊接，利用MIG热源实现金属充裕填充。针对16mm厚板材，需要采用三道焊接成形工艺。通过正交试验，可以得到优化后的焊接工艺参数，如表1所示。

表1铝合金激光-MIG复合焊接工艺参数

2.3工艺效果

2.3.1缺陷分析

通过无损探伤可以发现，采用MIG+激光复合焊接工艺得到的焊接接头均只存在气孔缺陷，基本状况良好。相较于薄板材，厚板材焊接接头气孔数量更多，与采用的多道焊接工艺有关。因为单道焊接可以获得较好的弧柱气氛保护效果，气孔能够上浮溢出。实现盖面焊接，则将导致底层填充金属熔化，造成气孔产生倾向性，使层间残留氧化物[3]。因此采用MIG+激光复合焊接技术，应尽量采用单道焊接工艺。

2.3.2热影响分析

从接头组织情况来看，6mm厚接头热影响区最窄，宽仅8.5mm，其次则为4mm厚板材，热影响区宽11mm，10mm厚和16mm厚板材分别为13mm和12mm。热影响区宽度越大，说明板材受焊接热损伤越大。从焊接接头焊缝微观组织分析结果来看，6mm厚板材拥有均匀细小的树枝晶，相较于其他板材拥有强度和韧性更好的焊缝。出现这种情况，与焊接采用60°坡口和较大焊丝填充量有关，因为电弧热量被大量焊丝消耗，继而导致母材和熔池热输入量减少。10mm厚板材之所以热影响区最宽，则是由于其采用每道焊接工艺热输入量过大。因此采用MIG+激光复合焊接技术，应加强焊接热作用控制。

2.3.3力学性能分析

从力学性能上来看，4mm、6mm、10mm、16mm板材在焊接后接头抗拉强度分别达母材的73%、78%、72%、76%，拉伸性能均良好。相比较而言，6mm厚板材接头抗拉强度更高，与接头组织情况有关。而常规条件下，该类铝合金焊接接头强度仅为母材的60%。因此采用MIG+激光复合焊接工艺，可以获得较好的材料拉伸性能。

结论：通过对铝合金MIG+激光复合焊接工艺展开分析可以发现，采用该工艺更适合进行厚在4-6mm铝合金材料焊接，焊接过程中应尽量采用单道焊接工艺和加强热输出量控制，以便保持良好的工艺适应性，得到力学性能较优的焊接接头。

参考文献：

[1]程永明,梁晓梅,邹吉鹏等.铝合金激光-MIG电弧复合焊接工艺[J].焊接,2017(11):6-9+69.

[2]闫少华,朱宗涛,聂媛等.7N01铝合金激光-MIG复合焊接工艺研究[J].热加工工艺,2014,43(03):37-39+43.

[3]马志华,陈东高,谭兵等.5052铝合金CO_2激光-MIG复合焊接工艺对焊缝成形的影响[J].兵器材料科学与工程,2012,35(02):76-80.