镁合金/钢激光诱导电弧复合焊接模拟及分析
发布时间：2021-08-09 21:37
以镁合金/钢对接接头为研究对象,选用组合热源模型模拟激光诱导TIG电弧复合热源的作用,考虑激光与TIG电弧的耦合效应及Fe-Ni固溶区的形成,利用ANSYS软件对焊接温度场分布和热循环曲线进行模拟计算。结果表明:所得模拟结果与实验结果吻合良好,验证了所建热源模型的准确性及适用性;镁合金/钢对接焊接头的峰值温度可达2249℃,焊接高温作用于镍夹层及其邻近的钢母材,促进了界面的冶金反应及元素扩散,为Fe-Ni固溶区、高熔点AlNi相及双固溶体结构界面层的形成提供了温度条件;液态镁合金熔池停留时间为0.28 s,能保证其在钢侧进行充分的润湿铺展,实现接头的良好成形;在熔池的搅拌作用下,AlNi强化相弥散分布,使得镁合金焊缝的强度增大。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
焊接示意图。
由于TIG电弧放电路径遵循最小电压原理,在复合焊接过程中,电弧会被吸引至激光作用点区域。热源作用模式如图2所示。建立如图3所示的有限元模型。对焊缝宏观形貌中Fe-Ni固溶区的面积进行测量,在建模时将其横截面尺寸等效处理为0.3 mm×1.2 mm。在双面焊接过程中,镍夹层完全熔透,其横截面尺寸为0.1 mm×1.2 mm。Ni和Fe可以无限互溶。熔融钢的横截面尺寸为0.2 mm×1.2 mm,将其按比例进行处理,建立横截面尺寸为0.3 mm×1.2 mm的Fe67Ni33固溶区。在焊缝附近温度梯度较大的区域,采用边长为0.15 mm的较为密集的网格进行划分;在远离焊缝的区域,其温度变化不明显,采用边长为0.6 mm的较为稀疏的网格进行划分,单元类型为solid 70三维热实体单元;两者之间的过渡区域采用自由网格划分的方式进行连接,单元类型为solid 90三维热实体单元。所建模型共356503个节点,279804个单元。
建立如图3所示的有限元模型。对焊缝宏观形貌中Fe-Ni固溶区的面积进行测量,在建模时将其横截面尺寸等效处理为0.3 mm×1.2 mm。在双面焊接过程中,镍夹层完全熔透,其横截面尺寸为0.1 mm×1.2 mm。Ni和Fe可以无限互溶。熔融钢的横截面尺寸为0.2 mm×1.2 mm,将其按比例进行处理,建立横截面尺寸为0.3 mm×1.2 mm的Fe67Ni33固溶区。在焊缝附近温度梯度较大的区域,采用边长为0.15 mm的较为密集的网格进行划分;在远离焊缝的区域,其温度变化不明显,采用边长为0.6 mm的较为稀疏的网格进行划分,单元类型为solid 70三维热实体单元;两者之间的过渡区域采用自由网格划分的方式进行连接,单元类型为solid 90三维热实体单元。所建模型共356503个节点,279804个单元。3.2 材料热物性参数的选取
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁合金/钛合金脉冲激光焊接头的组织、性能调控[J]. 谷晓燕,朱开轩,隋成龙,孟政宇. 中国激光. 2020(01)
[2]钢/铝激光加热辅助搅拌摩擦焊接数值模拟研究[J]. 叶颖,费鑫江,李俊,金亮亮,姚蔚峰. 应用激光. 2018(04)
[3]异厚度铝钢电弧辅助激光对接熔钎焊温度场和应力应变场数值模拟[J]. 刘剑,樊丁,陈秀娟,黄健康,余淑荣. 焊接学报. 2018(02)
[4]基于非对称热源的异种钢深熔TIG焊接数值模拟[J]. 黄逸飞,罗震,敖三三,樊文飞. 机械工程学报. 2018(02)
[5]磁场对激光焊接钢/铝异种金属焊缝性能的影响[J]. 丁浩,徐家乐,谭文胜,黄舒,周建忠. 中国激光. 2017(09)
[6]双相钢/镁合金添加Sn箔激光热传导焊及数值模拟[J]. 谭哲,刘金水,周惦武,胡林西,卢源志,贾骁,姜德福. 中国有色金属学报. 2016(07)
[7]镁-裸钢板异种金属冷金属过渡熔钎焊连接机理[J]. 朱海霞,曹睿,李雅范,林巧力,陈剑虹. 焊接学报. 2016(05)
[8]镁和钢搅拌摩擦焊接头组织分析[J]. 黄勇兵,李建萍,黄春平,邢丽. 焊接学报. 2013(05)
[9]AZ31B镁合金/不锈钢异种合金双光束激光熔钎焊接特性[J]. 李俐群,郭伟,檀财旺. 中国激光. 2012(04)
[10]激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟——Ⅱ.组合式体积热源的作用模型[J]. 胥国祥,武传松,秦国梁,王旭友,林尚扬. 金属学报. 2008(06)
硕士论文
[1]铝钢异厚金属电弧辅助激光对接熔钎焊的数值模拟[D]. 刘剑.兰州理工大学 2016
本文编号：3332845
【文章来源】：中国激光. 2020,47(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
焊接示意图。
由于TIG电弧放电路径遵循最小电压原理,在复合焊接过程中,电弧会被吸引至激光作用点区域。热源作用模式如图2所示。建立如图3所示的有限元模型。对焊缝宏观形貌中Fe-Ni固溶区的面积进行测量,在建模时将其横截面尺寸等效处理为0.3 mm×1.2 mm。在双面焊接过程中,镍夹层完全熔透,其横截面尺寸为0.1 mm×1.2 mm。Ni和Fe可以无限互溶。熔融钢的横截面尺寸为0.2 mm×1.2 mm,将其按比例进行处理,建立横截面尺寸为0.3 mm×1.2 mm的Fe67Ni33固溶区。在焊缝附近温度梯度较大的区域,采用边长为0.15 mm的较为密集的网格进行划分;在远离焊缝的区域,其温度变化不明显,采用边长为0.6 mm的较为稀疏的网格进行划分,单元类型为solid 70三维热实体单元;两者之间的过渡区域采用自由网格划分的方式进行连接,单元类型为solid 90三维热实体单元。所建模型共356503个节点,279804个单元。
建立如图3所示的有限元模型。对焊缝宏观形貌中Fe-Ni固溶区的面积进行测量,在建模时将其横截面尺寸等效处理为0.3 mm×1.2 mm。在双面焊接过程中,镍夹层完全熔透,其横截面尺寸为0.1 mm×1.2 mm。Ni和Fe可以无限互溶。熔融钢的横截面尺寸为0.2 mm×1.2 mm,将其按比例进行处理,建立横截面尺寸为0.3 mm×1.2 mm的Fe67Ni33固溶区。在焊缝附近温度梯度较大的区域,采用边长为0.15 mm的较为密集的网格进行划分;在远离焊缝的区域,其温度变化不明显,采用边长为0.6 mm的较为稀疏的网格进行划分,单元类型为solid 70三维热实体单元;两者之间的过渡区域采用自由网格划分的方式进行连接,单元类型为solid 90三维热实体单元。所建模型共356503个节点,279804个单元。3.2 材料热物性参数的选取
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁合金/钛合金脉冲激光焊接头的组织、性能调控[J]. 谷晓燕,朱开轩,隋成龙,孟政宇. 中国激光. 2020(01)
[2]钢/铝激光加热辅助搅拌摩擦焊接数值模拟研究[J]. 叶颖,费鑫江,李俊,金亮亮,姚蔚峰. 应用激光. 2018(04)
[3]异厚度铝钢电弧辅助激光对接熔钎焊温度场和应力应变场数值模拟[J]. 刘剑,樊丁,陈秀娟,黄健康,余淑荣. 焊接学报. 2018(02)
[4]基于非对称热源的异种钢深熔TIG焊接数值模拟[J]. 黄逸飞,罗震,敖三三,樊文飞. 机械工程学报. 2018(02)
[5]磁场对激光焊接钢/铝异种金属焊缝性能的影响[J]. 丁浩,徐家乐,谭文胜,黄舒,周建忠. 中国激光. 2017(09)
[6]双相钢/镁合金添加Sn箔激光热传导焊及数值模拟[J]. 谭哲,刘金水,周惦武,胡林西,卢源志,贾骁,姜德福. 中国有色金属学报. 2016(07)
[7]镁-裸钢板异种金属冷金属过渡熔钎焊连接机理[J]. 朱海霞,曹睿,李雅范,林巧力,陈剑虹. 焊接学报. 2016(05)
[8]镁和钢搅拌摩擦焊接头组织分析[J]. 黄勇兵,李建萍,黄春平,邢丽. 焊接学报. 2013(05)
[9]AZ31B镁合金/不锈钢异种合金双光束激光熔钎焊接特性[J]. 李俐群,郭伟,檀财旺. 中国激光. 2012(04)
[10]激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟——Ⅱ.组合式体积热源的作用模型[J]. 胥国祥,武传松,秦国梁,王旭友,林尚扬. 金属学报. 2008(06)
硕士论文
[1]铝钢异厚金属电弧辅助激光对接熔钎焊的数值模拟[D]. 刘剑.兰州理工大学 2016
本文编号：3332845
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3332845.html
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