鋁合金—鍍鋅鋼激光熔釬焊數(shù)值模擬及工藝參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、使用輕質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)汽車減重的同時(shí)，必然涉及到鋼/鋁異種金屬的連接。由于鋼/鋁固溶度低，物理、化學(xué)性能差異明顯，F(xiàn)eAl脆性金屬間化合物易生成并影響接頭性能，而激光熔釬焊工藝使鋁熔化，而鋼母材不熔化或少量熔化，依靠液態(tài)鋁在鋼母材上良好的鋪展性和液態(tài)鋁和固態(tài)鋼板相接觸的熔池區(qū)域發(fā)生的熱擴(kuò)散作用，來實(shí)現(xiàn)熔池凝固時(shí)形成良好的焊接接頭，激光熔釬焊成為抑制或減少FeAl脆性金屬間化合物產(chǎn)生最有效的工藝方法。
　　本文以汽車車身用6016鋁合金與

2、鍍鋅鋼為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬技術(shù)研究了激光熔釬焊條件下工藝參數(shù)的改變對(duì)熔池形狀、焊接熔深的影響，探索了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化激光熔釬焊工藝參數(shù)的方法，開展了鋁/鋼激光熔釬焊的驗(yàn)證試驗(yàn)，并對(duì)焊縫形貌、焊接接頭各區(qū)域的金相組織、顯微硬度、主要元素分布與物相組成等進(jìn)行了分析，研究結(jié)果期望為激光焊接多材料車身結(jié)構(gòu)提供重要的理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。
　　建立了鋁/鋼激光熔釬焊熔池形狀的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)熔池形狀準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)控制方程，在MATLAB軟件平臺(tái)

3、下編寫了計(jì)算程序，采用固/液相界面的輪廓表征了焊接時(shí)的熔池形狀，基于激光熔釬焊時(shí)焊接熔池固/液相界面和氣/液相界面輪廓形狀的計(jì)算，獲得了熔池的幾何形狀分布，研究了工藝參數(shù)的改變對(duì)熔池形狀的影響。
　　建立了鋁/鋼激光熔釬焊溫度場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算模型，采用小步距跳躍式的移動(dòng)熱源模擬激光束的連續(xù)照射，編寫VC++程序語(yǔ)言，在ProCAST商業(yè)軟件中加載自定義的外加平面分布的高斯激光熱源模型，基于激光熔釬焊試樣的溫度場(chǎng)計(jì)算，獲得了不同工藝參數(shù)

4、條件下的焊接熔深，研究了工藝參數(shù)的改變對(duì)焊接熔深的影響。
　　依據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化理論，設(shè)計(jì)正交模擬實(shí)驗(yàn)，利用不同工藝參數(shù)組合下的焊接熔深數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練計(jì)算，建立了激光熔釬焊條件下焊接功率、焊接速度、離焦量與焊接熔深之間的非線性映射關(guān)系，仿真預(yù)測(cè)了各種工藝參數(shù)條件下的焊接熔深。
　　基于熔池形狀、焊接熔深的數(shù)值模擬計(jì)算，采用光纖激光器，對(duì)優(yōu)化的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行了6016鋁合金/鍍鋅鋼激光熔釬焊的驗(yàn)證

5、試驗(yàn)，利用臥式金相顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀等手段研究了焊接接頭各區(qū)域的金相組織、顯微硬度、主要元素分布與物相組成。發(fā)現(xiàn)當(dāng)焊接功率P=1600-1800W，焊接速度V=30mm/s，離焦量D=0mm時(shí)，焊縫成形性良好，無明顯裂紋、氣孔等缺陷，焊接接頭區(qū)域存在一個(gè)臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)，平臺(tái)區(qū)域，鋼/鋁兩鐘金屬存在明顯的界限，界面結(jié)合依靠液態(tài)的鋁在鋼母材表面上的潤(rùn)濕、填充和鋪展等作用；下凹區(qū)域，鋼/鋁熔合較好，F(xiàn)e和Al元素的混合區(qū)寬度較大，未形