異厚度鋁合金激光拼焊數(shù)值模擬.pdf

1、焊接是一個涉及電弧物理、傳熱、冶金和力學(xué)的復(fù)雜過程。焊接現(xiàn)象包括焊接時的電磁、傳熱過程、金屬的熔化和凝固、冷卻時的相變、焊接應(yīng)力和變形等。一旦能夠?qū)崿F(xiàn)對各種焊接現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)模擬，就可以通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來確定焊接各種結(jié)構(gòu)和材料的最佳設(shè)計(jì)、最佳工藝方法和焊接參數(shù)。 利用ANSYS軟件對異厚度鋁合金激光拼焊的溫度場進(jìn)行三維瞬態(tài)有限元分析。為了提高計(jì)算精度和效率，采用過渡網(wǎng)格劃分形式劃分網(wǎng)格以保證焊縫處網(wǎng)格足夠細(xì)小。選取高斯函數(shù)分布的熱源

2、模型，利用ANSYS軟件的APDL語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)移動熱源的加載。在模擬中既考慮一般激光焊接中材料熱物理性能參數(shù)的溫度相關(guān)性、熔化潛熱、邊界條件、等離子體、熔池對流、保護(hù)氣體等對溫度場的影響，又考慮異厚度鋁合金激光拼焊的特性。利用高溫?zé)犭娕紮z測異厚度鋁合金激光拼焊過程中的溫度場，將模擬值與實(shí)測值進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明模擬值與實(shí)測值吻合良好。 采用間接法模擬應(yīng)力應(yīng)變場。定義彈性模量E，熱膨脹系數(shù)α，泊松比μ等隨溫度變化的材料力學(xué)參

3、數(shù)值。指定塑性分析選項(xiàng)為經(jīng)典的雙線性隨動強(qiáng)化(BKIN)。邊界條件約束焊件的自由度，以模擬夾具的作用。模擬結(jié)果顯示，由于厚度不同，薄厚兩板應(yīng)力應(yīng)變場存在差異，薄板焊縫附近的應(yīng)力場范圍較大，變形比厚板復(fù)雜且比厚板大。利用小孔釋放法檢測異厚度鋁合金激光拼焊板的殘余應(yīng)力，將模擬值與實(shí)測值進(jìn)行對比分析，結(jié)果顯示模擬值與實(shí)測值吻合良好。 對異厚度鋁合金激光拼焊的熔化過程進(jìn)行分析。選用三種不同的熱源模型：高斯面熱源、體熱源、組合熱源，利用A

4、NSYS軟件對異厚度鋁合金激光拼焊的溫度場進(jìn)行三維瞬態(tài)有限元分析，觀察三種熱源模型形成的熔池形狀(即焊縫形狀)。結(jié)果表明：采用組合熱源模型模擬的焊縫形狀與實(shí)際拼焊的焊縫形狀最為接近，證明分析的合理性。 利用異厚度鋁合金激光拼焊間隙填充模型，建立偏移量與間隙、工件厚度比、激光光束半徑的定量關(guān)系式，關(guān)系式中偏移量與間隙、激光光束半徑成正比，與工件厚度比成反比。在異厚度鋁合金激光拼焊工藝實(shí)驗(yàn)中，選取不同的工件厚度比進(jìn)行偏移定量關(guān)系式的