3.2.4激光对熔滴短路过渡过程的影响 16

3.2.5激光对铝合金短路过渡MIG焊焊缝成形的影响 19

3.3短路MIG焊焊接过程稳定性分析 22

3.4本章小结 23

结论 25

致谢 27

参考文献 28

第一章绪论

1.1研究背景

在交通工具技术发展迅猛的今天，船体、飞机、高速列车以及航天器等大型交通运输工具的减重问题成为目前在相关制造业内备受瞩目的一个研究领域。相比提高发动机功率来讲，减小车体自身重量是一个更好的提高运输效率的途径。于是我们将目光对准了铝合金——这种集质量小、抗拉强度较高、抗腐蚀性能卓越等诸多优良属性于一身的合金材料[1-4]。因此，铝合金在航空航天、高速列车及汽车等领域的应用已在全世界范围内受到重点关注并成为热门研究对象。

铝合金薄板的焊接结构优良，其加工性能优异，重量较多数金属材料轻，抗腐蚀性能高，并且易于连接[5]。然而铝合金仍存在一些不容忽视的缺点致使其焊接性较差：其热膨胀系数大，弹性模量小，这使得焊接过程中产生明显的形变，进而严重影响后续制造的精度和性能[6,7]。以铝合金车体用薄板为例，其本身拘束度很小，而热膨胀系数又大，导致高热输入的焊接方法有很大几率出现熔池下塌或者烧穿，不可逆的波浪变形也会作为副产物形成[8,9]。由此可见，传统的热输入较大的焊接方法对铝合金薄板不是很适用，对于铝合金薄板的焊接方法的探讨是否迫切。

铝合金薄板的焊接方法目前主要有常见的弧焊、搅拌摩擦焊，还有激光焊等，其中TIG焊已是非常成熟的铝合金焊接方法。有研究结果显示，焊接铝合金薄板时，采用脉冲方波交流TIG焊可以最大缓解钨极的烧损程度，同时还可以清除覆盖于铝合金表面的氧化膜。其中EP半波时间、脉冲电流幅值两个参数对氧化膜的清理作用有着决定性的影响。因此脉冲TIG焊成为优势较大的铝合金薄板焊接方法。然而这并不能使脉冲TIG焊成为主流的铝合金薄板焊接方法，因为其存在致命的缺点——容易产生焊接缺陷，导致焊接效率和质量不同程度地降低。

目前，国内主要采用MIG焊进行对铝合金薄板的焊接而非脉冲MIG焊，由于其成本高、过程控制难和焊接缺陷严重。我国航空航天、汽车船体制造厂家主要依靠引进国外先进设备，而对大型铝合金薄板的MIG焊接方法的理论研究较少。相关方面的理论难以用于生产指导，致使焊接产品的质量不佳。

激光焊是一种新型的先进焊接方法，具有诸多优点例如焊接形变量小、焊缝质量优良、能量高度集中、生产率高等。不过激光焊也存在着难以解决的问题，例如焊接过程不稳定，易造成焊接缺陷；焊接接头强度不高；对接头间隙要求十分严格等。这使得单纯的激光焊也无法满足目前工业对于铝合金薄板的大量、高质量生产的要求。为避免铝合金薄板在焊接中产生严重缺陷，我们意图结合这两种焊接方法，即激光-MIG复合焊接，探究激光对MIG焊的正面影响，达到加强优势，规避缺陷的目的。

激光-MIG复合焊是一种新型的焊接方法，不过其历史可以追溯至20世纪70年代末，由英国学者Steen首次提出并进行试验[10]，进而引发相关研究的浪潮[11-16]。目前，激光-MIG复合焊已成为航空航天、船舶、汽车、列车制造等领域中广泛使用的一种焊接技术，且仍有很大的发展提升空间[17-21]。

1.2研究现状及其应用

1.3研究内容

本文以焊接工艺特性为立足点，以铝合金薄板的脉冲MIG焊和小功率短路过渡MIG焊为目标，以激光的加入与否作为变量，对整个焊接过程进行系统的探究。使用较为多样性的仪器和方法探究激光在MIG焊中的作用机理。研究内容主要分为以下两部分：