鎂合金復合熱源焊接工藝與數(shù)值模擬研究.pdf

1、鎂合金是目前被國內外重新認識并積極開發(fā)的一種輕量化材料，具有低密度、高比強度、阻尼減震性好、易機械加工以及良好的可回收性等優(yōu)點。高效合理的鎂合金焊接方法將大大推動鎂合金的發(fā)展與應用。 激光-電弧復合熱源焊接具有高速、高效、接頭質量優(yōu)異等特點，目前正在被國內外的研究者日益關注。對這一過程的焊接數(shù)值模擬研究有助于更深層次地理解過程的物理機制，從而實現(xiàn)指導焊接工藝、控制焊接質量的目的。 本文以變形鎂合金AZ31B為研究對象，對

2、其YAG激光-TIG電弧復合熱源搭接焊工藝進行了試驗研究，系統(tǒng)地分析了各工藝參數(shù)對焊接熔深、熔寬、表面成型的影響規(guī)律，微觀組織特點并最終獲得了具有優(yōu)良剪切強度的焊接接頭。研究發(fā)現(xiàn)：復合熱源搭接的能量特點導致接頭宏觀呈“圖釘”形狀，復合熱源搭接焊的熱循環(huán)特點導致了接頭微觀組織的特殊性：接頭上部呈現(xiàn)激光焊與TIG焊共同作用下的組織特征；接頭下部呈現(xiàn)明顯的激光焊組織特征。 在復合熱源焊接工藝研究的基礎上，結合鎂合金材料特點，建立了基于

3、旋轉高斯體熱源與高斯面熱源相結合的復合熱源模型：高能束激光熱源由旋轉高斯體熱源描述；TIG電弧則由高斯面熱源描述。熱源模型的建立充分考慮了過程的物理特點與熱源間的能量增強效應。 數(shù)值模擬中由于受到熱源模型計算參數(shù)、高溫區(qū)物理性能參數(shù)難以精確的制約，使模擬結果的準確性難以保證。本文提出了采用紅外熱像儀測溫，用所得的弧光干擾區(qū)外的溫度場校正模擬參數(shù)、材料熱物性參數(shù)，既而得到全場溫度的方法解決這一問題。通過熱電偶測溫、熔池形狀對比證明