△激光束與MIG槍的位置示意圖

焊接設置：

母材：Al5754 厚度3mm

保護氣：Ar

激光器功率：4kw

焊接光斑大小：0.4mm

焊絲材料：ER5356

機器人焊接速度：3.5m/min

光絲間距：2.5mm

MIG焊槍角度：對地40°

焊接參數設計：

△3x3焊接參數矩陣

參數設計主要是激光功率和焊接電壓的匹配，激光功率有三個水平（2500W,3000W，3500W）。電壓三個水平（24.5V,26.5V,28V），弧焊焊機一般有專家數據庫，所以只設置一個電壓，其他參數如電流，送絲速度等會自動匹配。

——焊接結果——

焊縫尺寸

  △焊接尺寸及尺寸定義圖

由焊縫尺寸結果可以，激光功率為2500W時，S1,S2均沒有背透，S3有背透是由于增加了MIG焊的電壓及電流。Crown width可以看出是跟電壓電流值成正比的關系，說明MIG焊的參數對焊縫寬度影響更為顯著。

△氣孔分布

9個樣件里都含有了不少的氣孔，結合相關的研究推測，大氣孔生成的主要原因是焊接過程的不穩定，熔池里的氣體未逃逸出去，造成不規則的大氣孔。另外，由于5系金屬有大量的Mg元素，Mg元素的蒸發也會使得熔池不穩定。提高激光-MIG焊能量的比率能夠穩定電弧，使得熔池更加穩定降低大氣孔形成的概率。

小氣孔形成的原因主要是混入了氫元素及熔池不穩定，鋁合金或空氣中夾雜的水汽會使得熔池中的氫難逃出熔池。在焊前對鋁合金做清洗處理能夠顯著降低小氣孔生產的概率。

微觀組織

△微觀組織圖

通過觀察微觀組織結構，發現激光key-hole區域的組織比MIG焊區域的組織更加致密，因為激光熔池的冷卻速度快于MIG焊熔池。

殘余應力

△殘余應力數值

通過統計數值能夠很明顯看出，隨著熔深的增加，殘余應力值是顯著下降的，說明在MIG焊熔池區域殘余應力較大，MIG焊對殘余應力的影響顯著，因此更低的電壓和電流有助于降低焊縫的殘余應力。

焊縫硬度

△硬度分布

從圖上的曲線可以看出，MIG焊區域的硬度呈“雙峰”狀，這個區域的硬度大于母材的原因是由于焊絲材料的添加。激光key-hole區域硬度呈“尖峰狀”，最高點的硬度比母材高20HV。

拉伸強度

△拉伸強度統計

從拉伸強度來看，S4組的拉伸強度能夠達到母材的80%以上（210MPa），S1和S2組拉力強度低是由于未焊透且含有9個樣件中最高的氣孔率，導致整體的拉力強度下降。

——結論——

總體來說，所有樣件焊縫的質量并不是很完美，但是通過一系列的測試研究，5系鋁合金的復合焊焊縫的性能基本讓讀者有個全面的了解。可參考的結論如下：

1、激光-弧焊能量比率提高有利于焊縫的穩定；

2、避免氣孔的方法需要注意控制氫的來源，提升電弧的穩定性；

3、弧焊區域的組織比激光keyhole區域更加粗糙；

4、弧焊的能量對焊縫組織的殘余應力有顯著的影響；

5、焊縫組織硬度的分布規律；

6、焊縫的拉伸強度可以達到母材的80%；

7、激光功率3000W，弧焊電壓24.5V，電流114A是這次研究中較好的參數組，可以作為參考，但仍需要優化。