铝/钢异种金属激光焊接熔池形状的计算机模拟
发布时间：2021-02-18 17:41
通过建立数学模型和Matlab软件,对铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面进行了计算模拟,分析了激光焊接工艺参数对熔池形状和熔深熔宽的影响。结果表明,固/液相界面的熔池深度明显要比汽/液相界面的熔池深,且在横向尺寸和移动方向上的熔池中固/液相界面的区域明显要比汽/液相界面的宽;铝/钢异种金属适宜的焊接工艺参数:激光焊接功率为1 6001 800 W,焊接速度为2540 mm/s,激光光斑直径范围为0.20.6 mm。
【文章来源】：铸造技术. 2016,37(12)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
铝/钢激光焊接示意图
图2铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的剖面图Fig.2Profilediagramofsolid/liquidinterfaceandvapor/liquidinterfaceduringweldingaluminum/steeldissimilarmetal图3铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的三维立体图Fig.33Ddiagramofthesolid/liquidinterfaceandvapor/liquidinterfaceduringweldingaluminum/steeldissimilarmetal图4铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的等高线图。从等高线图中可以发现，无论是的固/液相界面还是汽/液相界面，熔池中前沿区域的等高线分布都相对后沿更加密集，且随着距离中心区域距离的增加，等高线分布会逐渐减弱。在固/液相界面的上方会由于材料受热蒸发的作用而形成汽/液相界面，也即是小孔的形成。由于在移动方向和Z轴方向上的不对称性，熔池中前沿的厚度会小于后沿的厚度，而造成前后沿厚度不等的情况。从铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的剖面图、三维图和等高线图中可见，异种金属熔池中的固/液相界面的最低点在1.53mm处、汽/液相界面的最低点在0.57mm处，两种相界面之间的厚度相差0.96mm。此外，从剖面图中可见两种界面的熔池中都存在明显的台阶，这主要是由于焊接试件中的铝和钢的热物性参数不同，前者的熔点相对较低，在熔化过程中，铝材的熔化区域会更宽，而下方钢材受到等离子体层的影响不能直接受到激光束的作用，所以熔化区域较窄，这样在两者交界面会出现台阶。2.2焊接工艺参数的影响为计算模拟出实际焊接过程中的焊接工艺参数对熔池形状的影响，选取了激光功率、焊接速度、光斑直径来模拟分析。固定焊接速度为25mm/s、光斑直径为0.4mm，通过改变激光功率来改变熔池几何形状，熔池形状和熔深熔宽的计算模拟
图2铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的剖面图Fig.2Profilediagramofsolid/liquidinterfaceandvapor/liquidinterfaceduringweldingaluminum/steeldissimilarmetal图3铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的三维立体图Fig.33Ddiagramofthesolid/liquidinterfaceandvapor/liquidinterfaceduringweldingaluminum/steeldissimilarmetal图4铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的等高线图。从等高线图中可以发现，无论是的固/液相界面还是汽/液相界面，熔池中前沿区域的等高线分布都相对后沿更加密集，且随着距离中心区域距离的增加，等高线分布会逐渐减弱。在固/液相界面的上方会由于材料受热蒸发的作用而形成汽/液相界面，也即是小孔的形成。由于在移动方向和Z轴方向上的不对称性，熔池中前沿的厚度会小于后沿的厚度，而造成前后沿厚度不等的情况。从铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的剖面图、三维图和等高线图中可见，异种金属熔池中的固/液相界面的最低点在1.53mm处、汽/液相界面的最低点在0.57mm处，两种相界面之间的厚度相差0.96mm。此外，从剖面图中可见两种界面的熔池中都存在明显的台阶，这主要是由于焊接试件中的铝和钢的热物性参数不同，前者的熔点相对较低，在熔化过程中，铝材的熔化区域会更宽，而下方钢材受到等离子体层的影响不能直接受到激光束的作用，所以熔化区域较窄，这样在两者交界面会出现台阶。2.2焊接工艺参数的影响为计算模拟出实际焊接过程中的焊接工艺参数对熔池形状的影响，选取了激光功率、焊接速度、光斑直径来模拟分析。固定焊接速度为25mm/s、光斑直径为0.4mm，通过改变激光功率来改变熔池几何形状，熔池形状和熔深熔宽的计算模拟
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝/镀锌钢焊接接头金属间化合物热力学分析[J]. 黄健康,刘宁,何翠翠,石玗,樊丁. 哈尔滨工程大学学报. 2016(06)
[2]铝/钢异种金属小功率YAG激光焊接工艺[J]. 李玉龙,李鹤,赵诚. 应用激光. 2015(04)
[3]铝/钢TIG熔钎焊温度场和流场数值模拟[J]. 宋洋,张旭超,郝晓虎,董红刚. 焊接. 2014(07)
[4]铝/钢异种金属焊接接头界面Al-Fe金属间化合物生成及其热力学分析[J]. 黄健康,何翠翠,石玗,樊丁. 吉林大学学报(工学版). 2014(04)
[5]汽车用铝合金/钢焊接接头组织与力学性能[J]. 刘红. 铸造技术. 2014(03)
[6]铝钢异种金属CMT焊接温度场的数值模拟[J]. 曹睿,余斯亮,王岑,孙军浩,陈剑虹. 兰州理工大学学报. 2013(05)
[7]铝钢焊接界面金属间化合物形成的热力学分析[J]. 石玗,何翠翠,黄健康,樊丁. 兰州理工大学学报. 2013(04)
[8]铝和钢异种金属焊接发展现状[J]. 杨阳,石岩. 长春大学学报. 2011(02)
本文编号：3039878
【文章来源】：铸造技术. 2016,37(12)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
铝/钢激光焊接示意图
图2铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的剖面图Fig.2Profilediagramofsolid/liquidinterfaceandvapor/liquidinterfaceduringweldingaluminum/steeldissimilarmetal图3铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的三维立体图Fig.33Ddiagramofthesolid/liquidinterfaceandvapor/liquidinterfaceduringweldingaluminum/steeldissimilarmetal图4铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的等高线图。从等高线图中可以发现，无论是的固/液相界面还是汽/液相界面，熔池中前沿区域的等高线分布都相对后沿更加密集，且随着距离中心区域距离的增加，等高线分布会逐渐减弱。在固/液相界面的上方会由于材料受热蒸发的作用而形成汽/液相界面，也即是小孔的形成。由于在移动方向和Z轴方向上的不对称性，熔池中前沿的厚度会小于后沿的厚度，而造成前后沿厚度不等的情况。从铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的剖面图、三维图和等高线图中可见，异种金属熔池中的固/液相界面的最低点在1.53mm处、汽/液相界面的最低点在0.57mm处，两种相界面之间的厚度相差0.96mm。此外，从剖面图中可见两种界面的熔池中都存在明显的台阶，这主要是由于焊接试件中的铝和钢的热物性参数不同，前者的熔点相对较低，在熔化过程中，铝材的熔化区域会更宽，而下方钢材受到等离子体层的影响不能直接受到激光束的作用，所以熔化区域较窄，这样在两者交界面会出现台阶。2.2焊接工艺参数的影响为计算模拟出实际焊接过程中的焊接工艺参数对熔池形状的影响，选取了激光功率、焊接速度、光斑直径来模拟分析。固定焊接速度为25mm/s、光斑直径为0.4mm，通过改变激光功率来改变熔池几何形状，熔池形状和熔深熔宽的计算模拟
图2铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的剖面图Fig.2Profilediagramofsolid/liquidinterfaceandvapor/liquidinterfaceduringweldingaluminum/steeldissimilarmetal图3铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的三维立体图Fig.33Ddiagramofthesolid/liquidinterfaceandvapor/liquidinterfaceduringweldingaluminum/steeldissimilarmetal图4铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的等高线图。从等高线图中可以发现，无论是的固/液相界面还是汽/液相界面，熔池中前沿区域的等高线分布都相对后沿更加密集，且随着距离中心区域距离的增加，等高线分布会逐渐减弱。在固/液相界面的上方会由于材料受热蒸发的作用而形成汽/液相界面，也即是小孔的形成。由于在移动方向和Z轴方向上的不对称性，熔池中前沿的厚度会小于后沿的厚度，而造成前后沿厚度不等的情况。从铝/钢异种金属焊接过程中的固/液相界面和汽/液相界面的剖面图、三维图和等高线图中可见，异种金属熔池中的固/液相界面的最低点在1.53mm处、汽/液相界面的最低点在0.57mm处，两种相界面之间的厚度相差0.96mm。此外，从剖面图中可见两种界面的熔池中都存在明显的台阶，这主要是由于焊接试件中的铝和钢的热物性参数不同，前者的熔点相对较低，在熔化过程中，铝材的熔化区域会更宽，而下方钢材受到等离子体层的影响不能直接受到激光束的作用，所以熔化区域较窄，这样在两者交界面会出现台阶。2.2焊接工艺参数的影响为计算模拟出实际焊接过程中的焊接工艺参数对熔池形状的影响，选取了激光功率、焊接速度、光斑直径来模拟分析。固定焊接速度为25mm/s、光斑直径为0.4mm，通过改变激光功率来改变熔池几何形状，熔池形状和熔深熔宽的计算模拟
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝/镀锌钢焊接接头金属间化合物热力学分析[J]. 黄健康,刘宁,何翠翠,石玗,樊丁. 哈尔滨工程大学学报. 2016(06)
[2]铝/钢异种金属小功率YAG激光焊接工艺[J]. 李玉龙,李鹤,赵诚. 应用激光. 2015(04)
[3]铝/钢TIG熔钎焊温度场和流场数值模拟[J]. 宋洋,张旭超,郝晓虎,董红刚. 焊接. 2014(07)
[4]铝/钢异种金属焊接接头界面Al-Fe金属间化合物生成及其热力学分析[J]. 黄健康,何翠翠,石玗,樊丁. 吉林大学学报(工学版). 2014(04)
[5]汽车用铝合金/钢焊接接头组织与力学性能[J]. 刘红. 铸造技术. 2014(03)
[6]铝钢异种金属CMT焊接温度场的数值模拟[J]. 曹睿,余斯亮,王岑,孙军浩,陈剑虹. 兰州理工大学学报. 2013(05)
[7]铝钢焊接界面金属间化合物形成的热力学分析[J]. 石玗,何翠翠,黄健康,樊丁. 兰州理工大学学报. 2013(04)
[8]铝和钢异种金属焊接发展现状[J]. 杨阳,石岩. 长春大学学报. 2011(02)
本文编号：3039878
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