7075铝合金激光热丝焊接仿真与工艺研究

发布时间：2020-08-03 18:29

【摘要】：高强铝合金广泛用于航天航空、交通运输、高端装备等领域。随着高新技术快速发展,对其的要求也越来越高,安全环保、节能减排成为目前最重要的发展方向。7系高强铝合金以其优良的综合性能成为最具有发展前景的轻量化材料,并受到了国内外学者专家的共同关注。本文以1.5mm7075高强铝合金薄板为母材,焊丝为直径1.2mm7075铝合金。利用Fluent软件建立激光热丝焊接模型,研究送入熔池时不同温度的焊丝对焊缝成形的影响,并进行试验验证。首先进行焊丝测温试验,探究不同送丝速度和热丝电流对加热焊丝的温度关系。然后设计激光热丝焊正交工艺试验,研究焊接工艺参数对激光热丝焊的焊缝成形的影响规律。再进一步优化,得出一组能够获得良好焊缝成形的试验参数。并在最优的工艺参数下进行添加钪元素激光热丝焊试验,来研究添加钪元素对激光热丝焊的焊缝成形和焊接质量影响规律,同时设定激光自熔焊作为对照试验。本文具体研究内容包括以下几个方面:1)建立圆锥体热源和面热源的激光热丝焊接模型。其中圆锥体热源用来熔化母材,面热源用来熔化焊丝。通过设定送入不同的温度的焊丝,来研究不同温度的焊丝对焊缝成形的影响,由仿真后的焊缝截面形貌图,可以观察焊缝是否完全熔合。并对工艺参数进行优化,得出一组能够获得良好焊缝成形的参数。2)激光热丝焊过程中,焊丝熔化是主要依靠热丝电流和激光的能量共同作用。为研究焊丝送入熔池时的温度,进行了焊丝的温度测量试验。通过红外测温仪对不同电流下和不同送丝速度下的焊丝的温度,得出焊丝送入熔池时的温度。3)通过设计激光热丝焊正交工艺试验,采用标准正交表L16(5~4),来研究热丝电流、激光功率、送丝速度、焊接速度、对接间隙对激光热丝焊过程中的影响。并进行参数优化,得出一组能够获得良好的焊缝成形和焊接质量的最佳工艺参数。4)在优化参数下的激光热丝焊进行添加钪元素激光热丝焊接试验,同时设定激光自熔焊作为对照组。并对三组焊后的结果进行检测,主要包括焊缝成形形貌、金相组织、元素成分、硬度以及拉伸强度检测。依据检测的结果,来分析钪元素对激光热丝焊的焊缝成形和焊接质量的影响规律。
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG456.7
【图文】：

焊接过程,焊丝,熔池,母材

母材的加热熔化以深熔焊接为主。当焊丝与激光束未由焊接小孔喷出的光致等离子体和金属蒸气的辐射能量以能量进行熔化。焊丝送入熔池之前为未完全熔化状态，在与母材或熔池存在挤压作用，焊丝弯曲，对熔池流动产生，易产生飞溅等缺陷。当焊丝与激光束部分重叠时，一部另一部分激光能量作用于母材形成匙孔。此时，焊丝熔化没有出现飞溅现象，且在表面张力和重力的作用下，焊丝桥”的形式过渡到熔池，表面成形良好，无明显缺陷。当，在高能激光直接照射下，焊丝熔化和气化剧烈，并被迅使照射在母材表面的激光能量大幅减小，导致熔池深度大焊丝以液滴状向熔池过渡，焊丝熔滴的形成存在周期性，[47]。文献[58~59]认为，焊丝熔化的能量来源是影响激光填因素之一。另外，文献[47,60]同样发现，在单束激光填丝填丝焊过程中，焊丝的三种典型熔入过渡形式为“平铺”“大滴”过渡，分别如图 1.2，图 1.3，图 1.4 所示。

液桥,焊接过程,焊丝

没有出现飞溅现象，且在表面张力和重力的作用下，焊丝桥”的形式过渡到熔池，表面成形良好，无明显缺陷。当，在高能激光直接照射下，焊丝熔化和气化剧烈，并被迅使照射在母材表面的激光能量大幅减小，导致熔池深度大焊丝以液滴状向熔池过渡，焊丝熔滴的形成存在周期性，[47]。文献[58~59]认为，焊丝熔化的能量来源是影响激光填因素之一。另外，文献[47,60]同样发现，在单束激光填丝填丝焊过程中，焊丝的三种典型熔入过渡形式为“平铺”“大滴”过渡，分别如图 1.2，图 1.3，图 1.4 所示。图 1.2 铺展过渡的焊接过程Fig. 1.2 Welding process with spreading transition

焊接过程,过渡形式,焊缝表面,填丝焊

图 1.4 大滴过渡的焊接过程Fig. 1.4 Welding process with globular transfer[61]对比分析了激光填丝焊和激光自熔焊焊接铝合金时熔池质量。结果表明，激光自熔焊熔池表面波动比较剧烈，匙成焊接飞溅，焊缝表面有明显缺陷。激光填丝焊熔池表面面成形良好。焊接过程中焊丝过渡形式为“液桥”过渡和液桥”过渡形式下得到的焊缝表面成形良好，没有出现咬示，在“大滴”过渡形式下，熔滴落入熔池中，对熔池的现较大的波动，焊缝表面成形不规则，如图 1.6 所示。综最理想的过渡形式，可以得到表面成形良好的焊缝。

【参考文献】