譚小軍
(深圳技師學院 廣東 深圳 518116)
全球大力倡導電動汽車推廣和使用[1],電動汽車動力電池鋁盒一般采用3003鋁合金,3003鋁合金焊接存在著多種問題[2][3]。本實驗以3003鋁合金進行激光螺旋掃描焊接實驗,研究了螺旋掃描激光焊接中螺旋軌跡參數對焊縫微觀組織的影響。
本實驗所開發出來的螺旋軌跡如圖1(a)所示。
圖1 螺旋軌跡
試驗所使用的激光器是IPG公司生產的YLS-2000光纖激光器,振鏡為SCANLAB振鏡。
試驗材料采用3003板材,加工成60mmx30x2mm,用于焊接實驗。
對制作的試樣在HITACHI-S4800型冷場發射掃描電子顯微鏡觀察焊縫顯微組織,拍攝焊縫不同區域(焊縫中心區、熔合區,母材)的組織。
圖2為低倍顯微鏡下焊縫中心區的金相組織,圖2(a)(b)為直線掃描時(r=0)的焊縫中心區組織,圖2(c)(d)為螺旋半徑為0.5mm時的焊縫中心區組織。
(a)r=0
在圖2(a)、(c)中可以看到,焊縫中心晶粒粗大,呈塊狀。r=0時焊縫中心塊狀晶粒數目要比r=0.5mm時焊縫中心組織多,晶粒也更粗大(圖2 c d)。
對塊狀組織的高倍SEM掃描觀察可以看出,r=0所得塊狀晶粒內部枝晶要比r=0.5mm時粗大。
(a)r=0 x1000
螺旋掃描焊接相比無螺旋掃描焊接,可以降低熔池的橫向溫度梯度,雖然r=0.5mm時,焊透功率相比r=0時提高了,但更多的熱量被分散到熔池四周。降低了焊縫中心的散熱難度,因此焊縫中心板塊狀的等軸晶數目減少,枝晶也變得更細小。
(a)r=0
r=0.5mm時,熔合區要比r=0時窄。r=0時,焊縫幾乎無熱影響區,焊縫直接由柱狀枝晶過渡到母材組織,母材一側組織未發生明顯變化。R=0.5mm時存在一定的熱影響區,母材一側組織也出現了柱狀晶。
r=0.5mm時,焊透所需的功率加大,并且螺旋降低了熔池溫度梯度,更多的熱量分散到熔池四周,熔池四周接受的激光熱量增加,導致熱影響區的產生。
對焊縫中心區的強化相進行能譜分析,分析結果如表1。
表1 強化相分析
發現焊縫中心區中強化相相比母材中的強化相,Mn、Fe含量嚴重降低。說明激光焊接引起了強化相燒損。
圖5為焊縫中心等軸晶區的金相組織,圖5(a)為f=500Hz時的焊縫中心區組織,圖5(b)為f=62.5Hz時的焊縫中心區組織。
(a)f=500Hz
f=62.5Hz時,焊縫中心塊狀晶粒要比f=500Hz時粗大,枝晶也更粗大。
圖6為融合線位置處的組織照片。
(a)f=500Hz
f=500Hz時,焊縫熱影響區明顯,靠近焊縫的母材為柱狀晶,生長方向與母材側的一致。焊縫側存在垂直于熔合線和焊接方向的塊狀晶粒。
f=62.5Hz時,焊縫幾乎無熱影響區,焊縫直接由柱狀晶到母材,過渡區很小。
f=500Hz時焊透所需功率高,螺旋又降低了熔池的橫向的溫度梯度,焊縫邊緣受熱很高,導致熱影響區的出現。f=62.5Hz時,焊透功率較低,熱影響區不明顯。
1.在同時焊透及其它參數一樣情況下,對r=0及r=0.5mm的焊縫組織進行對比。結果表明,螺旋掃描焊接焊縫中心區板塊狀晶粒數目減少了,枝晶也更細小,熔合區組織觀察發現存在明顯的熱影響區。
2.在同時焊透及其它參數一樣的條件下,低頻率螺旋掃描焊接焊縫中心板塊狀晶粒更加粗大,焊縫基本無熱影響區,熔合線處由柱狀晶過渡到母材組織。高頻率焊接時焊縫熱影響區明顯,由板塊狀晶粒過渡到熱影響區的柱狀晶。