鋁合金雙光束激光填絲焊溫度場與應(yīng)力場數(shù)值模擬.pdf

1、鋁合金激光焊接過程存在的焊接穩(wěn)定性差、焊接氣孔嚴(yán)重和焊接變形大一直是限制其應(yīng)用的主要問題。因此，目前鋁合金激光焊接技術(shù)研究和應(yīng)用重點(diǎn)集中在了雙光束激光填絲焊接技術(shù)之中。雖然，雙光束激光焊接可以降低或解決鋁合金激光焊接過程穩(wěn)定性差、焊接氣孔嚴(yán)重和變形大等問題。但是，對于鋁合金激光焊接過程中的溫度場分布、殘余應(yīng)力分布及其變形規(guī)律單純通過試驗(yàn)獲得不僅十分困難，而且比較盲目。因此，本文采用有限元方法對雙光束激光填絲焊接鋁合金對接和T型接頭的焊接

2、溫度場及應(yīng)力應(yīng)變場的產(chǎn)生和分布進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，以便為控制焊接變形提供理論指導(dǎo)。
　　通過分析激光深熔焊的物理特性，建立了雙光束激光填絲焊的熱源模型即面熱源+雙圓柱體熱源的熱源模型，其體熱源的匙孔深度與激光功率聯(lián)系起來，采用生死單元法來模擬焊絲的熔敷過程，同時(shí)考慮對流和輻射傳熱以及相變潛熱。基于有限元軟件Marc，編寫Fortran子程序來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)熱源的加載，通過對比計(jì)算雙光束焊接對接接頭的熔合線和實(shí)際焊縫橫截面及溫度循環(huán)曲線，驗(yàn)

3、證了模型的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上對比分析不同光束排布方式和能量比下的焊接溫度場及焊縫熔化截面，提出合理的優(yōu)化工藝：當(dāng)雙光束互成45度角時(shí)，能量比為2:1時(shí)上表面熔寬較小，而下表面熔寬較大。
　　在分析雙光束激光焊接溫度場分布的基礎(chǔ)上，建立了雙光束激光焊接應(yīng)力應(yīng)變場的數(shù)學(xué)模型，雙光束焊接對接接頭焊后的殘余應(yīng)力結(jié)果表明并行排布的焊后殘余拉應(yīng)力最大值157MPa,45°排布（能量比2:1）的焊后殘余拉應(yīng)力最大值為176MPa，并行排布焊后殘

4、余拉應(yīng)力的分布區(qū)域大于45°排布的殘余拉應(yīng)力分布區(qū)域，焊后對接接頭出現(xiàn)了一定的角變形。并行排布時(shí)焊后的角變形較大，其Y向位移為0.11mm。
　　在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行了T型接頭雙光束激光焊接的數(shù)值模，焊接過程中兩側(cè)的入射角度應(yīng)在40°-50°之間，在翼板偏置的距離在0-0.3mm范圍內(nèi)，而在腹板上偏置的距離在0-0.2mm范圍內(nèi)。T型接頭應(yīng)力應(yīng)變場的計(jì)算結(jié)果表明：T型接頭焊后殘余應(yīng)力主要分布在焊角附近，且最大殘余應(yīng)力處在腹板上，