鋁合金激光深熔焊接氣孔缺陷形成過程研究.pdf

1、鋁及鋁合金由于其密度低、比強度較高等特質，在汽車輕量化的趨勢下被越來越多地應用到車身中。然而激光深熔焊接鋁合金過程中小孔的不穩定性，會導致小孔型氣孔的產生，從而對焊縫的綜合力學性能造成較大的影響。研究發現，小孔的動態行為和熔池的流動對小孔型氣孔的形成具有十分重要的作用。而通過改變焊接工藝可顯著影響小孔和熔池的動態行為，進而有效改善氣孔的形成情況，從而提高焊接構件的性能。
　　本文以激光焊接鋁合金為研究對象，采用試驗與模擬相結合的方

2、法，來探究激光深熔焊接鋁合金過程中氣孔的特征、焊接工藝對氣孔形成的影響規律、焊接過程中小孔上方的金屬蒸氣羽煙形貌、小孔的動態變化過程、熔池的流動情況、氣泡和氣孔的產生，并提出合理控制小孔型氣孔的方法。
　　首先采用光纖激光對8mm厚A356鋁合金和5182鋁合金薄板進行焊接試驗，表征了小孔型氣孔和冶金型氣孔的分布特征、宏觀形貌，發現冶金型氣孔內壁的鋁硅共晶大小均勻、排列整齊，而小孔型氣孔內部的鋁硅共晶大小不一，排列沒有規律。統計分

3、析發現當激光功率變大或光斑直徑縮小時，高速攝像拍攝到的金屬蒸氣羽煙變化非常劇烈，此時焊縫中氣孔明顯增多；在焊接速度為2.0 m/min，氣孔得到了較好的改善，這是由于小孔穩定性與凝固界面移動速度競爭的結果；環境壓力的降低導致焊縫中的小孔型氣孔明顯減少，同時環境壓力的改變影響了材料的沸點和蒸發反作用力大小，使得焊縫的熔深加深，熔寬變窄，深寬比增大；當焊接搭接板時，兩板之間的間隙量會影響小孔的穩定性導致氣孔的產生，且間隙量越大、氣孔率越高，

4、但當間隙量大到0.4 mm時，會導致小孔不斷坍塌，焊縫可靠性大大降低。
　　其次，以Flow3D為平臺，建立了激光深熔焊接鋁合金的數學模型，模型引入熱源模型、驅動力模型、凝固與相變模型和恒壓氣泡模型等并設置合理的初始與邊界條件，成功模擬了焊接過程中熔池流場、小孔的動態變化過程以及小孔型氣孔的產生過程。模擬結果表明，小孔型氣孔有兩種產生途徑：一是小孔坍塌產生氣泡，氣泡被凝固界面捕獲形成氣孔；二是小孔直接與凝固界面連接并發生坍塌，被隔