激光深熔焊過程熔池流動特性數(shù)值模擬與分析.pdf

1、目前，隨著激光焊接工藝向多元化發(fā)展，激光器的品質越來越高，使高速激光焊和大功率深穿透激光焊在航空航天、船舶制造和汽車制造等領域的應用越來越廣，傳統(tǒng)的激光深熔焊熔池流體流動理論已不能覆蓋現(xiàn)有激光焊的工藝范疇，對于焊接過程中出現(xiàn)的一些新的物理現(xiàn)象，尚不能夠完全解釋它們。
　　本文基于試驗觀測到的激光深熔焊熔池流動特性，采用有限元數(shù)值模型方法系統(tǒng)分析焊接速度、預熱等條件下的熔池流動行為，并通過對表面張力、浮力等熔池流動驅動的本質因素出發(fā)

2、，闡明影響熔池流動的因素及其影響規(guī)律。
　　利用日本大阪大學溶接研究所試驗條件進行的激光焊接熔池X射線穿透法在線監(jiān)測試驗，發(fā)現(xiàn)：高速焊接條件下，熔池中匙孔后方的漩渦形成與流體流速發(fā)生了重要改變，直接影響了焊縫中氣孔的形成。
　　為研究激光深熔焊流體流動行為的影響因素，本文通過三維流體力學軟件Fluent，建立了激光深熔焊熱-流耦合數(shù)學模型，研究了焊接速度、預熱條件等對熔池流體流動的影響規(guī)律，利用物理模擬實驗對數(shù)值計算結果進行

3、驗證。
　　計算結果表明，焊接速度對熔池尺寸和流體流動影響顯著。隨焊接速度增加，熔池形貌發(fā)生明顯改變，熔池內流體對流減弱，流體流動速度降低，熔池上表面溫度梯度和溫度均降低，為證明熔池流速變化與溫度梯度的相關性，本文模擬計算了不同預熱條件下的熔池溫度場特征及其對流體流動方向與流速的影響規(guī)律。計算結果表明：隨溫度梯度的增加，熔池流體流速增加，但流動方向沒有發(fā)生本質變化。
　　進一步，通過模擬方法系統(tǒng)分析了表面張力、浮力等熔池流動