镁合金激光电弧复合焊接工艺及数值模拟

发布时间：2017-07-18 14:24

  本文关键词：镁合金激光电弧复合焊接工艺及数值模拟

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【摘要】：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。
【关键词】：激光-电弧复合焊接 小孔效应 热源模型 熔池形貌
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.19
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论10-24
• 1.1 镁合金的物性特点及其焊接性10-11
• 1.2 激光-电弧复合热源焊的研究现状11-16
• 1.2.1 激光-电弧复合焊接技术11-12
• 1.2.2 复合焊接技术的分类12-13
• 1.2.3 激光-电弧复合焊接的优点13
• 1.2.4 激光-电弧复合焊接技术的应用13-16
• 1.3 焊接数值模拟技术概况16-21
• 1.3.1 焊接数值模拟的产生与发展16-17
• 1.3.2 复合热源焊接数值模拟的研究现状17-21
• 1.4 本课题目的意义及主要研究内容21-22
• 1.5 本课题研究的技术路线22-24
• 2. AZ31B镁合金复合焊接实验24-36
• 2.1 实验设备与实验材料24-25
• 2.2 复合焊接实验方法25-26
• 2.2.1 焊件预处理25-26
• 2.2.2 低功率激光-电弧复合焊接26
• 2.3 实验结果与分析26-34
• 2.3.1 焊接速度的影响26-29
• 2.3.2 激光功率的影响29-31
• 2.3.3 热源间距DLA的影响31-33
• 2.3.4 焊接电流的影响33-34
• 2.4 本章小结34-36
• 3. 激光-电弧复合焊接新型热源模型的建立与研究36-54
• 3.1 复合焊接的焊缝形貌特点36-37
• 3.2 常用的焊接热源模型37-44
• 3.2.1 正态高斯面热源模型37-39
• 3.2.2 椭球体热源模型39-41
• 3.2.3 倒锥体热源模型41-43
• 3.2.4 旋转高斯体热源模型43-44
• 3.3 复合热源模型的建立44-47
• 3.4 实验参数与网格划分47-49
• 3.5 复合焊接模拟参数的选取49-50
• 3.6 结果分析与验证50-53
• 3.7 本章小结53-54
• 4. 结论与建议54-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59
• 作者简介59-60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 康乐;黄瑞生;刘黎明;刘景和;;低功率YAG激光—MAG电弧复合焊接不锈钢[J];焊接学报;2007年11期

2 汪建华，戚新海，钟小敏;三维瞬态焊接温度场的有限元模拟[J];上海交通大学学报;1996年03期

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本文编号：558139