装配间隙对铝合金激光-电弧复合焊接头成形及气孔的影响研究

马寅; 马国龙; 王尉; 刘福运; 韩晓辉; 檀财旺

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.07

“华光新材杯”高质量论文推荐 | 浏览量 : 0 下载量: 990 CSCD: 0

PDF
导出
分享
收藏
专辑

装配间隙对铝合金激光-电弧复合焊接头成形及气孔的影响研究
Study on the Effect of Assembly Gap on the Formation and Porosity of Laser-Arc Hybrid Welded Joints in Aluminum Alloys
2024年54卷第10期页码：61-69
收稿：2024-08-27，

纸质出版：2024-10-25
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.07
稿件说明：

移动端阅览

马寅，马国龙，王尉，等.装配间隙对铝合金激光-电弧复合焊接头成形及气孔的影响研究［J］.电焊机，2024，54（10）：61-69. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.07.

MA Yin, MA Guolong, WANG Wei, et al.Study on the Effect of Assembly Gap on the Formation and Porosity of Laser-Arc Hybrid Welded Joints in Aluminum Alloys[J].Electric Welding Machine, 2024, 54(10): 61-69. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.10.07.

摘要

采用激光先导方式的激光-电弧复合焊对高速列车车体常用的6082-T6铝合金锁底接头进行焊接试验。通过改变水平间隙和竖直间隙的大小，研究其对焊缝成形、熔深熔宽和气孔率的影响，并结合 Fluent 数值模拟软件进行验证。结果表明，随着水平间隙的增加，焊接接头的熔深和熔宽都呈现逐渐增大的趋势，特别地，当水平间隙从0 mm增大到1.2 mm时，熔深和下部熔宽分别从5.91 mm和1.65 mm增加至6.45 mm和2.46 mm，这主要归因于激光焊接热输入的增大；另外，接头气孔率呈现先下降后上升的趋势，当水平间隙为0.7 mm时，气孔率达到最小，仅为9.21%，小于无间隙时的10.86%和间隙为1.2 mm时的12.61%，这说明一定的水平间隙尺寸有利于提高匙孔稳定性，而过大的水平间隙尺寸则会造成匙孔稳定性变差；另外，随着竖直间隙的增加，尽管接头的熔深熔宽无明显变化，但气孔率呈现不断增大的趋势，从10.86%增大到15.85%，说明竖直间隙的存在不利于维持熔池匙孔的稳定性。最佳装配间隙尺寸为：水平间隙0.7 mm和竖直间隙0 mm。本研究将为采用激光-电弧复合焊接技术来实现高速列车用铝型材的高质量焊接提供工艺指导，并扩大激光-电弧复合焊接在相关领域的应用范围。

Abstract

Laser-arc hybrid welding with a laser leading method was employed to conduct welding tests on the 6082-T6 aluminum alloy lock-bottom joints commonly used in high-speed train bodies. By varying the size of the horizontal and vertical gaps

the effects on weld formation

penetration depth

weld width

and porosity were studied

and validated using the Fluent numerical simulation software. The results indicate that as the horizontal gap increases

both the penetration depth and weld width of the welded joint show a trend of gradual increase. In particular

when the horizontal gap increases from 0 mm to 1.2 mm

the penetration depth and the lower weld width increase from 5.91 mm and 1.65 mm to 6.45 mm and 2.46 mm

respectively

mainly due to the increase in laser welding heat input. Additionally

the joint porosity shows a trend of first decreasing and then increasing. When the horizontal gap is 0.7 mm

the porosity reaches a minimum of only 9.21%

which is lower than 10.86% with no gap and 12.61% with a 1.2 mm gap. This indicates that a certain horizontal gap size is beneficial for improving the stability of the keyhole

while an excessively large horizontal gap size may cause the keyhole stability to deteriorate. Moreover

with the increase of the vertical gap

although there is no significant change in the penetration depth and weld width of the joint

the porosity shows a continuous increasing trend

from 10.86% to 15.85%

indicating that the presence of a vertical gap is not conducive to maintaining the stability of the molten pool keyhole. The optimal assembly gap size is: 0.7 mm horizontal gap and 0 mm vertical gap. This study will provide process guidance for achieving high-quality welding of aluminum profiles for high-speed trains using laser-arc hybrid welding technology

and expand the application range of laser-arc hybrid welding in related fields.

关键词

Keywords

references

BUNAZIV I ， AKSELSEN O M ， FROSTEVARG J ， et al . Deep penetration fiber laser-arc hybrid welding of thick HSLA steel ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2018 ， 256 ： 216 - 228 .

宋天虎 . 开创我国焊接行业的新局面［J］. 电焊机， 2020 ， 50 （ 09 ）： 1 - 10 .

SONG T H . Creating a New Era for China’s Welding Industry ［J］. Electric Welding Machine ， 2020 ， 50 （ 09 ）： 1 - 10 .

BUNAZIV I ， FROSTEVARG J ， AKSELSEN O M ， et al . The penetration efficiency of thick plate laser-arc hybrid welding ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2018 ， 97 （ 5-8 ）： 2907 - 2919 .

高明，曾晓雁，严军，等 . 激光-电弧复合焊接的坡口间隙桥接能力［J］. 中国机械工程， 2008 （ 20 ）： 2496 - 2500 .

GAO M ， ZENG X Y ， YAN J ， et al . Groove Gap Bridging Ability of Laser-arc Hybrid Welding ［J］. China Mechanical Engineering ， 2008 （ 20 ）： 2496 - 2500 .

韩晓辉，张志毅，马国龙，等 . 热源角度对6A01铝合金激光-MIG复合焊成形及气孔的影响［J］. 应用激光， 2022 ， 49 （ 2 ）： 0202020 .

HAN X H ， ZHANG Z Y ， MA G L ， et al . Effects of Heat Source Angle on Weld Formation and Porosity Defects of Laser-MIG Hybrid Welding of 6A01 Aluminum Alloy ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2022 ， 49 （ 2 ）： 0202020 .

Han X ， Yang Z ， Ma Y ， et al . Comparative study of laser-arc hybrid welding for aa6082-t6 aluminum alloy with two different arc modes ［J］. Metals ， 2020 ， 10 （ 3 ）： 407 .

张登明，胡佩佩，欧阳自鹏，等 . 铝合金锁底接头一维振荡激光焊接气孔率分析［J］. 应用激光， 2023 ， 43 （ 4 ）： 47 - 54 .

ZHANG D M ， HU P P ， OUYANG Z P ， et al . Analysis of Porosity Rate in Beam One-Dimensional Weaving Laser Welding of Aluminum Alloy Bottom-Locking Joint ［J］. Applied Laser ， 2023 ， 43 （ 4 ）： 47 - 54 .

赵昕，辛志彬，赵函，等 . 铝合金激光-MIG复合焊气孔缺陷影响规律研究［J］. 热加工工艺， 2022 ， 51 （ 5 ）： 57 - 60 .

ZHAO X ， XIN Z B ， ZHAO H ， et al . Study on the Influence Rule of Pore Defect in Laser-MIG Hybrid Welding of Aluminum Alloy ［J］. MW Metal Forming ， 2022 ， 51 （ 5 ）： 57 - 60 .

李威旺，卢庆华，任新怀，等 . 5052铝合金高频微振激光焊接头气孔及组织研究［J］. 焊接技术， 2019 ， 48 （ 9 ）： 16 - 20 .

LI W W ， LU Q H ， REN X H ， et al . Study on porosity and microstructure of 5052 aluminum alloy welded joint by high frequency micro-vibration laser welding ［J］. Welding Technology ， 2019 ， 48 （ 9 ）： 16 - 20 .

KATAYAMA S ， JOO S M ， MIZUTANI M ， et al . Laser Weldability of Aluminum Alloy and Steel ［J］. Materials Science Forum ， 2005 ， 502 ： 481 - 486 .

LIU T ， ZHAO Y Q ， ZHOU X D ， et al . Effect of Energy Ratio Coefficient on Pore During Aluminum Alloy Laser-MIG Hybrid Welding ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2020 ， 47 （ 11 ）： 1102004 .

JIAO J ， YE Y ， JIA S ， et al . CFRTP -Al alloy laser assisted joining with a high speed rotational welding technology ［J］. Optics & Laser Technology ， 2020 ， 127 ： 106187 .

JIANG L ， SHI L ， LU Y ， et al . Effects of sidewall grain growth on pore formation in narrow gap oscillating laser welding ［J］. Optics & Laser Technology ， 2022 ， 156 ： 108483 .

HUANG S ， YANG X ， CHEN H ， et al . Effect of droplet transfer on pore formation in laser-pulsed metal inert gas hybrid welding of A7N01P aluminum alloy ［J］. Journal of Laser Applications ， 2020 ， 32 （ 1 ）： 012011 .