沈言錦，李治國

（湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院，湖南 株洲 412001）

1 引言

AZ91鎂合金超細(xì)晶板材激光焊接工藝條件不但直接影響熔池區(qū)的凝固組織形態(tài)和冶金反應(yīng)條件，而且還決定了熱影響區(qū)和半熔化區(qū)的組織演變和熱循環(huán)狀況。若焊接工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)焊接裂紋、咬邊、氣孔、凹坑和焊不透等現(xiàn)象。因此，合理的焊接工藝條件可以很好的保證焊接接頭的焊接質(zhì)量和力學(xué)性能[1]。因此，對于此類的焊接，對焊接的條件要求更為嚴(yán)格，需要制定更為精確的工藝規(guī)范。目前，針對AZ系鎂合金的激光焊接研究較多，但針對超細(xì)晶的AZ91系鎂合金的激光焊接研究很少。

2 試驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)板材主要為高應(yīng)變軋制的2mm厚的AZ91超細(xì)晶板材。本實(shí)驗(yàn)的主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括焊接工藝對焊接熔池的作用，焊接工藝對焊接板材力學(xué)性能的影響，焊接工藝對焊接裂紋的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，建立這些參數(shù)之間的關(guān)系曲線，探究不同板材的激光焊接的最佳焊接工藝。因此，本實(shí)驗(yàn)著重探究焊接的激光電流I（激光功率P）和焊接速度對焊接性能的影響。

激光焊接用的透射或反射聚光鏡的焦距F一般為63mm～254mm之間。本研究采用的焦距F為126.5mm的中距離的純銅反射聚焦鏡，在焊接的過程中，通過采用水冷的方式防止聚光鏡因?yàn)闇囟鹊淖兏叨沟镁劢箙?shù)發(fā)生變化。本試驗(yàn)采用的CO2激光器輸出光束模式為TEM01，波長為10.6μm，聚焦前激光束直徑約為38mm，采用的CO2激光焦深L和焦點(diǎn)直徑d的計(jì)算值分別為0.3mm、0.88mm。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

如表1所示為焊接速度、焊接電流和熔寬之間的尺寸關(guān)系，如圖1所示為焊接速度、激光電流和熔寬之間的關(guān)系曲線圖。由圖可見，隨著焊接速度的增大，熔池的寬度逐漸減小，減少的幅度也越來越少，在所選的五個(gè)激光電流的范圍內(nèi)，當(dāng)焊接速度V=4m/min時(shí)，焊接寬度的變化已經(jīng)很平緩了，趨于穩(wěn)定，而且焊縫的寬度也控制在2mm以內(nèi)。因此，從焊接熔池的寬度考慮，焊接速度的選擇因該是V≥4m/min比較合適，該速度范圍的熔池寬度大小合適，且也趨于穩(wěn)定。

表1 焊接速度、焊接電流和熔寬之間的尺寸關(guān)系

圖1 焊接速度、焊接電流和熔寬之間關(guān)系曲線圖

結(jié)合激光電流的實(shí)際情況，從焊接熔寬的角度考慮，下述的焊接參數(shù)均可以滿足使用要求：焊接電流 I=5A 時(shí) ，V=1m～8m/min；I=5.5A 時(shí) ，V=3m～8m/min；I=6A 時(shí)，V=3m～8m/min；I=6.5A 時(shí)，V=3m～8m/min；I=7A 時(shí)，V=5m～8m/min 都可以滿足熔池寬度的要求。

表2為焊接速度、焊接電流和熔深之間的尺寸關(guān)系，圖2為焊接速度、焊接電流和熔深之間關(guān)系曲線圖。由該曲線可以很明顯得知焊接熔池的深度，為初步確定焊接工藝參數(shù)打下基礎(chǔ)。本次研究的鎂合金板材厚度為2mm，所以熔池深度低于2mm厚的參數(shù)首先排除。當(dāng)激光電流I=5A，只有 V=1m/min的可以滿足熔深，而這個(gè)參數(shù)下的焊縫有出現(xiàn)燒損現(xiàn)象，所以本實(shí)驗(yàn)的激光電流I＞5A。然而當(dāng)I≥6.5A時(shí),熔池的深度一般都高于3mm，超出了我們所需要的范圍，所以本實(shí)驗(yàn)的激光電流還必須I＜6.5A。因此，從熔池的深度選擇，當(dāng)激光電流I=5.5A時(shí)，V=4m～5m/min；當(dāng)激光電流 I=6A時(shí)，V=7m～8m/min；當(dāng)激光電流 I=6.5A時(shí)，V=8m/min均可以滿足要求。

表3焊接速度、焊接電流和深寬比之間的尺寸關(guān)系，圖3為焊接速度、焊接電流和深寬比之間關(guān)系曲線圖。當(dāng)激光電流I=5和I=5.5時(shí)，深寬比呈下降的趨勢，反應(yīng)了激光焊接由深熔焊轉(zhuǎn)為傳熱焊接；當(dāng)激光電流I≥5.5時(shí)，在測定的焊接速度范圍內(nèi)，深寬比呈上生的趨勢。因此，從焊接的深寬比考慮，以下的焊接參數(shù)可以滿足要求：激光電流I=5A，V=1m～2m/min；激光電流I=5.5A，V=1m～7m/min；激光電流I=6A，V=1m～8m/min；激光電流 I=6.5A，V=1m～8m/min；激光電流I=7A，V=1m～8m/min。

表2 焊接速度、焊接電流和熔深之間的尺寸關(guān)系

圖2 焊接速度、焊接電流和熔深之間關(guān)系示意圖

表3 焊接速度、焊接電流和深寬比之間的尺寸關(guān)系

綜上所述，從熔池寬度、熔池深度和熔深比考慮，當(dāng)焊接2mm厚的AZ91系鎂合金，選用下述的參數(shù)比較合適：I=5.5A，V=5m～6m/min；I=6A，V=6m～7m/min；I=6.5A，V=7m/min；I=7A，V=8m/min。

上述的工藝參數(shù)只是考慮的材料的厚度和材料的大概特性，結(jié)合材料的具體組織和焊接接頭的焊接機(jī)制，還需近一步優(yōu)化。

圖3 焊接速度、焊接電流和深寬比之間關(guān)系曲線圖