针对铝合金激光-CMT(cold metal transfer )复合焊焊缝性能不足的难点,采用两种不同Si含量焊丝(Al-Si5和Al-Si10焊丝)对铝合金进行激光-CMT复合焊,研究焊丝中Si含量对焊接接头焊缝组织、晶粒尺寸及力学性能的影响规律。研究结果表明,高Si焊缝因焊丝中Si含量升高,焊缝中固溶元素Si含量升高,约是低Si焊缝的1.7倍,为0.60%。虽然高Si焊缝的导热率有所降低,焊缝凝固速度降低导致焊缝晶粒(尺寸约为104 μm)明显粗化,但经强度模型计算可知,焊缝中固溶元素Si含量升高所带来的固溶强化作用远高于晶粒粗化所带来的负面影响。因此,高Si焊缝平均硬度高达(69.7±2.0)HV,焊缝强度明显提高,相比于低Si焊缝,屈服强度和抗拉强度分别提高了8.6%和14.1%,分别达到了150 MPa和235 MPa。

采用光纤激光-冷金属过渡电弧(CMT)复合焊接工艺对6 mm厚A7204P-T4铝合金进行对接焊接,焊前在对接界面处预置不同尺寸的铌箔(焊缝中铌的质量分数为0.74%和1.36%),采用优化的焊接参数得到了成形良好的焊接接头。研究了铌含量对复合焊接接头微观组织和力学性能的影响,并分析了焊接接头的拉伸断裂机理和断口形貌。试验结果表明:未添加铌的焊缝组织主要由细晶区、柱状晶区和等轴树枝晶区组成;加入铌箔后,铌溶质偏析和含铌析出相的异相形核使得焊缝晶粒明显细化,柱状晶与树枝晶组织基本消失;加入质量分数为0.74%的铌后,焊缝熔合区和焊缝中心区的平均晶粒尺寸分别减小了57.9%和55%;不含铌以及铌质量分数分别为0.74%和1.36%的焊接接头的平均抗拉强度分别为325,334.5,328 MPa;铌质量分数为0.74%的焊接接头的断后延伸率为6%,与未加铌的相比,提高了约71%;三种试样的拉伸断口均以韧窝为为主,并伴随有明显的撕裂棱,表现出微孔聚集型断裂特征。

采用光纤激光-CMT复合焊接工艺对6 mm厚5454-H24/6106-T6铝合金型材进行对接焊试验。经工艺参数优化后, 得到成形良好的焊接接头,在此基础上分别进行了1次、2次和3次补焊, 对比分析了多次补焊后接头的显微组织和力学性能, 并评估了接头的热裂纹敏感性。结果表明, 所得到对接接头和3次补焊接头的焊缝横截面均为典型的“Y”型, 随着补焊次数增多, 熔宽增大, 相应的热影响区(Heat affected zone, HAZ)范围也越宽, 焊缝区显微组织晶粒变大, 气孔倾向有所增加。复合焊接接头的抗拉强度和屈服强度都有所降低, 焊接接头均于焊缝处断裂。补焊后, 6106侧热影响区显微硬度有所下降, 而5454侧热影响区未出现明显降低。补焊后, 热裂纹敏感性升高, 在控制好工艺和降低焊接缺陷的情况下, 可以进行三次补焊。