鋁合金激光+GMAW復(fù)合熱源焊接熔池動(dòng)態(tài)行為數(shù)值分析.pdf

1、激光+GMAW復(fù)合熱源焊綜合了激光焊和 GMAW焊的雙重優(yōu)點(diǎn)，具有實(shí)現(xiàn)鋁合金優(yōu)質(zhì)、高效焊接的巨大潛力。但復(fù)合焊工藝參數(shù)較多，優(yōu)化困難。焊接過(guò)程中，熔池內(nèi)流體流動(dòng)對(duì)焊縫成形密切相關(guān)，因此，利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)鋁合金復(fù)合焊熔池動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行研究，具有理論價(jià)值和工程實(shí)用價(jià)值。本文依據(jù)傳熱學(xué)、光學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)原理，綜合考慮氣、液、固三相耦合及熔滴、小孔與熔池三者相互作用機(jī)制，基于FLUENT軟件，建立了鋁合金激光+GMAW復(fù)合熱源焊三維瞬態(tài)熔池流體

2、流動(dòng)數(shù)值分析模型。利用雙橢球體熱源描述電弧熱輸入，同時(shí)將激光熱輸入視為熱流峰值可調(diào)節(jié)的錐體熱源，其熱源分布參數(shù)通過(guò)簡(jiǎn)化的小孔形狀尺寸模型確定。計(jì)算過(guò)程中，首先將熔滴過(guò)渡過(guò)程視為從熔池上部特定區(qū)域向熔池流入高溫液態(tài)金屬的過(guò)程，并通過(guò)建立液態(tài)金屬流速對(duì)時(shí)間的周期函數(shù)表征熔滴過(guò)渡頻率，其次將液態(tài)金屬的流入在FLUENT軟件中處理為邊界速度入口(Velocity-inlet)，同時(shí)將小孔視為由激光致蒸汽反作用力引起的熔池表面變形。為簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程

3、，重點(diǎn)考慮小孔的存在對(duì)熔池流體流態(tài)的主要影響。利用所建模型對(duì)不同激光功率堆焊及角接頭焊接過(guò)程小孔形態(tài)、熔池流體流動(dòng)及溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析不同接頭方式激光+GMAW復(fù)合熱源焊流場(chǎng)特征。
　　對(duì)于復(fù)合熱源堆焊焊接過(guò)程，在2kW激光功率作用下，熔池中小孔尺寸較小，復(fù)合焊熔池的動(dòng)態(tài)特性很大程度上受到電弧和熔滴的影響，小孔震動(dòng)劇烈。當(dāng)激光功率增加到3kw，激光致蒸汽反作用力增強(qiáng)，熔池內(nèi)小孔深度增加。小孔型貌任隨液態(tài)金屬流動(dòng)方式震動(dòng)。小孔

4、后壁液態(tài)金屬一部分沿熔池底部向熔池尾部流動(dòng)，隨后在熔池中后部上浮。另一部分金屬隨小孔后壁向上流動(dòng)，在熔池中部產(chǎn)生順時(shí)針環(huán)流。當(dāng)激光功率增加到5kW時(shí)，小孔深度變得相對(duì)穩(wěn)定，但液態(tài)金屬的基本流動(dòng)模式與3kW沒(méi)有明顯變化。隨著激光功率的增大，復(fù)合焊熔池流體流速增加，對(duì)流傳熱方式在傳熱中比重增加。
　　在角接頭焊接過(guò)程中,當(dāng)激光功率為0kW時(shí)，由于熔池處重力分布特征，立板處熔池出現(xiàn)嚴(yán)重下淌，焊接過(guò)程中凹陷出現(xiàn)在立板處熔池，熔池不對(duì)稱性嚴(yán)