铝合金激光-电弧复合焊工艺优化

采用3.5kW的YAG激光-GMAW复合焊接厚5mm A5083（LF4）铝合金，发现复合焊缝形状与间隙大小、热源作用效率、预热作用及间隙内熔融金属行为关系密切，间隙的存在改变了电弧热作用集中区域和熔滴进入熔池方位，如图3-17所示。当激光作用在熔池表面电弧中心及熔滴过渡点时，复合焊接效果最好，激光对熔滴过渡影响不大。而当激光作用在熔滴过渡路径上时，会导致飞溅增多，焊接过程不稳定。

图3-17 不同间隙复合焊电弧及熔滴作用区

采用5kWCO₂激光-GMAW复合焊接5052轧制铝合金板材过程中，试验了惰性气体对焊缝成形和熔深的影响。结果表明，单独采用He气时，焊接电压提高、电弧稳定性变差，从而焊接熔深较小；单独采用Ar气时，焊缝成形美观，但熔深也较小；当Ar气和He气的体积分数φ（体积比）为0.2时，焊接熔深最大，如图3-18所示。

图3-18 不同成分保护气下的焊缝横断面(www.xing528.com)

a）φ（Ar）∶φ（He）=10∶0 b）φ（Ar）∶φ（He）=30∶0 c）φ（Ar）∶φ（He）=5∶5 d）φ（Ar）∶φ（He）=30∶5 e）φ（Ar）∶φ（He）=0∶10 f）φ（Ar）∶φ（He）=0∶15 g）φ（Ar）∶φ（He）=5∶15 h）φ（Ar）∶φ（He）=30∶15

图3-19 氢在铝中的溶解度

采用光纤激光器进行了5754铝合金激光-GMAW复合搭接焊工艺试验，研究了铝合金激光-GMAW复合焊接焊缝内部氢气孔、工艺气孔及夹层气孔的形貌与分布特征。根据氢在铝中溶解度的差异（见图3-19），深入分析了这3类气孔的形成机理，探讨了铝合金激光-GMAW复合焊接气孔的产生倾向。结果表明，氢气孔的形成与熔池中的氢析出、聚集与合并有关，工艺气孔产生的根源是焊接过程小孔的瞬间失稳，而夹层气孔则与搭接处的难熔氧化膜密切相关。