ZL101鋁基復(fù)合材料激光焊接過程中TiB2顆粒演變及小孔穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,鋁基復(fù)合材料廣泛地應(yīng)用于航空、航天、汽車等行業(yè)。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于其低密度、高強(qiáng)度、高比模量及良好的耐磨性能成為一種很有潛力的材料。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料焊接性及焊接過程顆粒的穩(wěn)定性等問題的解決會(huì)加速其在上述領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。關(guān)于TiB2顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在激光深熔焊接過程中 TiB2粒子演變的相關(guān)研究較少,特別是粒子對(duì)激光深熔焊接過程中小孔穩(wěn)定性的研究涉及更少。本文開展了TiB2增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的激光深熔焊接研

2、究,采用試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,探討顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料TiB2/ZL101激光深熔焊接過程中TiB2粒子的演變及TiB2粒子對(duì)小孔穩(wěn)定性的影響,揭示在激光焊接過程中TiB2粒子與鋁合金基體之間的相互作用行為,研究 TiB2粒子在焊縫中的分布特征,探討 TiB2粒子對(duì)靜態(tài)激光深熔焊接和動(dòng)態(tài)激光深熔焊接過程中小孔穩(wěn)定性的影響等,為理解 TiB2增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的激光深熔焊接的復(fù)雜現(xiàn)象提供試驗(yàn)及理論支持。
　　論文采用大功率激

3、光器研究了激光焊接TiB2/ZL101顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料時(shí)TiB2粒子的演變行為。采用XRD、SEM及EDS觀察并分析了焊縫內(nèi)粒子的物相、熱力學(xué)過程及形貌特征,發(fā)現(xiàn)當(dāng) TiB2團(tuán)簇體積分?jǐn)?shù)足夠大時(shí),焊縫中心的TiB2粒子會(huì)熔化并聚在一起,且較大尺寸的TiB2粒子會(huì)發(fā)生斷裂;當(dāng)溫度足夠高的TiB2粒子被熔融的Al液體包圍的時(shí)候,會(huì)發(fā)生界面反應(yīng),從而生成AlB12和Al3Ti,進(jìn)而減弱了TiB2粒子的增強(qiáng)效果。由于激光束的能量一般具有高斯

4、分布特征,這使得焊縫中心的界面反應(yīng)程度比焊縫邊緣的界面反應(yīng)程度更激烈。
　　本文基于流體動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)理論,結(jié)合有限差分方法和VOF方法,建立了顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料激光深熔焊接的數(shù)學(xué)模型。特別考慮了熔池中的第二相粒子與金屬流體之間的耦合作用,結(jié)合適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件,對(duì)物理方程的近似與求解給出了比較詳細(xì)的論述。
　　本文以顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料TiB2/ZL101為實(shí)驗(yàn)材料,分別計(jì)算得出了靜態(tài)激光深熔焊接與動(dòng)態(tài)激光深熔焊接時(shí)熔池的流