铝合金激光焊接工艺及接头性能研究开题报告

全文总字数：4063字

1. 研究目的与意义（文献综述）

铝合金因具有质量轻、比强度高、无磁性、热稳定性好、耐腐蚀、价格低、易于加工成形、易可循环利用等特点^[1，2]，在航空、航天、国防、交通运输等领域得到了广泛应用。

全球气候变暖与能源危机的日益突出，使得各国政府对交通运输业惊人的能耗问题愈加重视，而最大限度减轻运载工具本身的质量是节能增效的关键。高速铁路发展迅猛，列车轻量化是一个新的发展趋势。铝合金用在高速列车主要有以下优点：易实现自动化生产、车体运行的高安全性、高的耐腐蚀性、铝合金材料回收利用率高、列车运行平稳性好等^[3]。世界上主要高铁发达国家高速列车结构制造中常用的铝合金主要有2xxx系列、5xxx系列、6xxx系列、7xxx系列以及铸造铝合金，主要用作高速列车侧墙、车顶等车体结构。研究指出，铁路车辆采用铝合金结构后，能够增效和节能10%以上，轻量化效果十分显著，也为进一步提升速度奠定了坚实的技术基础^[1]。

铝合金材料的焊接一直是难点，由于铝合金热导率高（不锈钢材料的4倍），焊接时热量快速向四周流失，需较大功率或者热量集中的热源进行焊接，才能形成有效的熔池。目前铝合金的焊接方法有激光焊、mig焊、tig焊、激光电弧复合焊等，其中激光焊利用高能束聚焦激光对工件进行焊接，具有热影响范围小、生产效率高、焊缝深宽比大以及焊接接头强度高等特点^[4]，从而被广泛用于铝合金焊接研究。如余暕浩等人^[4]采用1000w单模光纤激光器对5052铝合金进行焊接，以研究激光功率、焊接速度、离焦量三因素对焊接接头质量的影响；祁小勇等人^[5]对5083铝合金采用摆动激光电弧复合焊的方法，以研究焊接内部气孔问题；佟艳群等人^[6]对6061铝合金进行焊接前纳秒激光预处理试验，理论分析其激光预处理氧化层机制；aalderink等人^[7]开发了一种基于相机的现场监控系统，以研究焊接模式对aa5182合金薄板在激光焊接中气孔形成的影响，并且发现气孔对椭圆形的小孔形状更敏感；fujinaga等人^[8]研究了气孔形成与激光功率波长之间的关系，发现在用连续波激光代替脉冲波激光时，孔隙度急剧下降；lijin huang等人^[9]进行铝合金激光焊接和激光-gma复合焊接中气孔消除的实验研究与数值研究。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

母材： 5052铝合金板、6061铝合金板、7075铝合金板

材料表面处理：拟采用纳秒短脉冲光纤激光器对板材工作表面进行预处理，彻底清除铝合金表面氧化层以及其他污染物。

材料化学成分： 表15053、6061、7075铝合金化学成分（质量分数wt%）

研究内容：研究5053、6061、7075铝合金激光焊接中各种焊接参数对焊接过程以及焊接接头性能的影响。

2.2 研究目标

1、研究铝合金激光焊接的焊接过程和影响因素，通过探索性试验，初步掌握铝合金激光焊温度场的分布情况。

2、探究激光调制频率对铝合金激光焊接过程的影响，寻找合适调制频率范围。

3、探究焊接参数(激光功率、焊接速度、激光离焦量等）对熔池形状和焊接接头性能的影响。

4、探究激光功率对铝合金板材工作表面焊前激光预处理的影响。

2.3 技术方案

1、采用平均功率为1kw的光纤激光器作为激光源，并采用激光清洗技术对铝合金板材进行激光预处理。

2、运用有限元软件（ansys或sysweld）进行激光焊接铝合金材料过程的建模与仿真分析。

3、查阅文献，将有限元软件的模拟结果与实际实验结果进行对比，用于比较所建立热源模型的准确性。

4、采用单一控制变量法来分析焊接参数（铝合金化学成分、厚度、焊接功率、焊接速度等）对焊接过程或焊接接头性能的影响

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需材料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-5周：焊接工艺设计。

第6-11周：对文献焊接试验结果或模拟焊接试验结果进行分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]吴圣川,朱宗涛,李向伟编著.铝合金的激光焊接及性能评价[m].北京：国防工业出版社.2014.

[2]邹东利,陈向林,肖大武,等.5a06铝合金激光焊接接头显微组织及缺陷分析[j].稀有金属材料与工程,2019,48(09):2951-2956.

[3]侯艳喜,罗子艺,易耀勇,徐荣正,哈斯金·弗拉基斯拉夫.a7n01铝合金激光-mig复合焊接焊缝成形与组织性能研究[j/ol].激光技术:1-11[2019-12-14].