LF6铝合金超声辅助激光填丝焊接工艺及特性研究.pdf

摘要

铝及铝合金因其耐腐蚀性好、比强度较高、导热性能及低温力学性能好而被广

泛地应用于工业领域内。而因为铝合金及激光焊接本身所具有的特点，铝合金激光

焊接中易出现成形不良、气孔缺陷等问题。由于超声波辅助技术在焊接过程中可以

起到抑制气孔、细化晶粒的作用，本课题采用超声辅助激光填丝技术解决铝合金激

光焊接时存在的上述问题。在得到良好工艺的同时研究超声波对焊接过程的影响

机理，为实现铝合金的高质量焊接提供工艺窗口和理论基础。

超声波的引入可以有效地改善焊缝成形。激光功率和焊接速度共同影响焊接

过程中的线能量，当焊接线能量增大时，焊缝的正背面熔宽都呈现增大的趋势，背

宽比也随之增大。离焦量通过影响工件表面的激光能量密度来影响焊接过程及焊

缝形貌，采用填丝焊接工艺时，一定程度的正离焦量可以在形成稳定小孔的同时保

证焊丝熔化填充良好。变幅杆压力主要影响超声波传入工件的效率，变幅杆压力过

小或过大都会引起超声波传入效率的降低，削弱超声波的辅助作用。

铝合金激光填丝焊接接头中主要存在两类气孔缺陷即冶金型气孔和工艺型气

孔。超声波在传播时产生的声流效应、空化效应和机械搅拌效应可以通过影响两种

气孔的形成和逸出过程来抑制气孔缺陷。超声波的引入不仅有效地提高了铝合金

熔池的稳定性，液态金属在母材表面的铺展润湿能力而且加强了熔池表面的流动

性和温度均匀性，将熔池的形状由水滴形变为椭圆形。超声波的声流效应和搅拌作

用有效地增强了熔池的流动并且提高了熔池内成分的均匀性。

LF6铝合金激光填丝焊焊缝两侧主要为柱状晶组织而中心区域为等轴晶组织。

超声波在熔池内传播时引起的空化效应、声流效应以及机械效应既可以有效地提

高熔池内的形核率又可以促使晶粒的生长方式由柱状晶向等轴晶转变。超声波在

改善焊缝组织的同时改善了焊缝的综合力学性能。

关键词：超声辅助技术;激光填丝焊接；气孔缺陷；熔池流动；微观组织

Abstract

Aluminumandaluminumalloysarewidelyusedmanufacturingindustriesbecause

oftheirgoodcorrosionresistance,highspecificstrength,goodthermalconductivityand

low-temperaturemechanicalproperties.Becauseofthecharacteristicsofaluminumalloy

andlaserweldingitself,aluminumalloylaserweldingispronetoproblemssuchaspoor

formingandporositydefects.Becauseultrasonicassistedtechnologycanplayarolein

inhibitingporesandgrainrefinementintheweldingprocess,ultrasonic-assistedlaser

wirefillingtechnologyisusedinthispaper.Themechanismoftheinfluenceofultrasonic

ontheweldingprocessisstudiedwhileobtainingagoodprocessandprovidesaprocess

windowandatheoreticalbasisforrealizinghigh-qualityweldingofaluminumalloys.

Theintroductionofultrasonicwavescaneffectivelyimprovetheweldformation.

Laserpowerandweldingspeedaffectthelineenergyduringtheweldingprocess.When

theweldinglineenergyincreases,theweldbackwidthincreasesandtheba