【摘 要】
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激光-电弧复合焊接的能量特点导致接头宏观呈“图钉”形状。接头上部呈电弧焊作用下的形貌特征,接头下部呈激光焊作用下的形貌特征。现有的热源模式(如常用的高斯平面热源、
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激光-电弧复合焊接的能量特点导致接头宏观呈“图钉”形状。接头上部呈电弧焊作用下的形貌特征,接头下部呈激光焊作用下的形貌特征。现有的热源模式(如常用的高斯平面热源、双椭球体热源、倒锥体热源、旋转高斯体热源等)无法准确地模拟出激光-电弧复合焊接焊缝处的“匙孔”形貌。需要进一步提出充分考虑复合焊接工艺、热源能量分布和焊缝形貌特点的适用的体积热源分布模式。本文基于以上问题做出了以下研究和结论:(1)复合焊接实验中的各项参数(焊接速度、激光功率、热源间距DLA和焊接电流)对焊缝熔深、熔宽的影响表明:激光是影响复合焊接焊缝熔深的主导因素,电弧是影响复合焊接焊缝熔宽的主导因素。电弧可以提高金属对激光的吸收率,激光可以吸引压缩电弧,提高电弧稳定性。(2)针对镁合金激光-电弧复合焊接过程的“小孔效应”,建立了一种由倒锥体热源和旋转高斯热源复合而成的“锥-高”新型热源模型。在近表面处使用倒锥体热源模型解决由于激光和电弧的急剧加热,熔池在表面位置较宽的问题;在熔池下部采用旋转高斯体热源模型解决随着激光的穿透能力不断体现,形成细而窄长的匙孔的问题。该热源模型如下:(3)通过镁合金板激光-电弧复合焊接工艺实验,测量了焊缝轮廓形状和尺寸,并将实验测试数据与数值模拟结果进行对比,结果表明:对于无小孔产生的复合焊接过程,使用倒锥体热源为宜;对于有小孔产生的复合焊接过程,本文数值模拟的计算数据与实测数据吻合良好,尤其是在“小孔”处“拐点”的突变形貌,得到了比较准确的模拟结果。为镁合金激光-电弧复合焊接过程中热源模型的选取,焊缝熔池形貌和尺寸的预测提供了一种有效的途径。
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