铝合金激光深熔焊温度场数值模拟及改善方案研究

• 作 者: 张奇奇
• 机 构: 南昌大学
• 出 处: 南昌大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 铝合金 激光焊接 温度场 数值模拟 工艺试验

激光焊接技术具有速率高、精度高和可靠性高等优点,在工业生产中有广泛应用。铝合金激光焊接是一个复杂的物理化学过程,铝合金反射率高和导热系数大,铝合金激光焊接容易产生表面塌陷和内部气孔等缺陷,采用工艺试验进行激光焊接过程研究,需要时间长和材料成本高,国内外研究人员采用试验和数值分析相结合的方法对铝合金激光焊接进行了有效的研究。数值模拟中热源的选取是仿真计算的关键,本文选取双高斯圆柱体热源对铝合金作了三维温度场的仿真模拟,研究了激光焊接薄板铝合金的工艺参数对焊缝成形的影响规律,并通过实验验证,具有重要的学术理论价值和实用意义。焊接材料为1mm厚6061铝合金,激光器型号为YLS-2000。首先,针对国内外激光焊接数值模拟的研究现状进行深入分析,再结合薄板铝合金的材料属性的特点,提出采用双高斯圆柱体热源模型的技术方案,并借助FLUENT软件自定义的UDF程序加载了这种模型,建立了1mm厚6061铝合金激光焊接的三维数值模拟模型,完成激光深熔焊焊铝合金的温度场数值模拟。其次,通过数值模拟的结果分析,确定了工艺试验的研究方案,并通过多次试验结果,调整数值模拟中的网格和求解参数,直到模拟与试验结果吻合良好。最后,总结了模拟与试验结果分析,得出工艺参数对焊缝成形的影响规律,为激光焊接薄板铝合金提供了定量的数据参考与数值模拟的理论基础。本文介绍了两种改善焊缝质量的方案。一种是改变工件倾斜角度,采用数值模拟与工艺试验相结合的研究方法,证实了这种焊接方式确实具有改善塌陷和气孔缺陷的作用;另一种是激光重复焊接工件,只采用了工艺试验的研究方法,得出了在未熔透的情况下,这种焊接方式具有改善焊缝产生气孔缺陷的作用,但不适用工件熔透的情况。