針對(duì)鋁/鋼電弧輔助激光對(duì)接焊,根據(jù)流體力學(xué)基本原理,采用VOF（Volume of Fluid）方法追蹤自由表面,建立焊接熔池的三維數(shù)學(xué)模型.通過加載激光熱源和電弧輔助激光熱源,運(yùn)用FLOW-3D軟件求解得到不同熱源作用下熔池的溫度場(chǎng)、自由表面及界面接觸角.結(jié)果表明:單激光作用下x軸方向上距激光熱源15mm處的金屬溫度約為500K,熔池溫度場(chǎng)分布范圍小,液態(tài)金屬的潤濕鋪展受限;輔助電弧的引入改善了溫度場(chǎng)分布,為液態(tài)金屬在鋼表面的鋪展提供較長時(shí)間,x軸方向上距激光熱源15mm處的金屬被電弧再次加熱形成面積較大的熔池,促進(jìn)了液態(tài)金屬的潤濕鋪展;與單激光作用相比,當(dāng)焊接時(shí)間t=6s時(shí),在x=45mm處,電弧輔助激光作用下熔池yz面的自由表面變形較大,鋁/鋼焊接界面接觸角較小,液態(tài)金屬在鋼表面的潤濕鋪展效果較好. 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2016,42(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖１鋁／鋼電弧輔助激光對(duì)接焊示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｌｕｍｉｎｕｍ／ｓｔｅｅｌａｒｃ－ａｓｓｉｓｔｅｄ

采用精細(xì)網(wǎng)格，遠(yuǎn)離熱源作用區(qū)域的網(wǎng)格相對(duì)較粗．圖２網(wǎng)格劃分Ｆｉｇ．２Ｍｅｓｈｄｉｖｉｓｉｏｎ２結(jié)果與分析圖３ａ、ｂ分別為焊接時(shí)間ｔ＝１０ｓ時(shí)，激光焊接與電弧輔助激光焊接下的熔池溫度場(chǎng)分布和焊縫成形．從圖３ａ可以看出，單激光作用下的母材受熱面積小，熔池最高溫度達(dá)到９９８．５１７Ｋ，液態(tài)金屬在鋼表面的潤濕鋪展效果較差，焊縫成形較差；從圖３ｂ可以看出，電弧輔助激光焊接母材受熱面積大，熔池最高溫度達(dá)到１０１０．９Ｋ，液態(tài)金屬在鋼表面的潤圖３不同焊接熱源作用下的溫度場(chǎng)和焊縫成形Ｆｉｇ．３Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｗｅｌｄｉｎｇｆｏｒｍａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒ－ｅｎｔｈｅａｔｓｏｕｒｃｅａｃｔｉｏｎ濕鋪展效果較好，焊縫成形良好．從圖３ｂ還可以看出，在電弧輔助激光熱源的作用下出現(xiàn)了２個(gè)熔池，前端在激光作用下形成的熔池面積較小，金屬熔化量較少，隨著焊接過程的進(jìn)行，經(jīng)激光加熱的金屬在來不及降溫的情況下被電弧再次加熱，在激光熱源后方一定距離形成另一熔池，該熔池面積較大，熔化的金屬量較多，使得液態(tài)金屬向鋼側(cè)的流動(dòng)加強(qiáng)，增強(qiáng)了液態(tài)金屬的潤濕鋪展效果．因此，在激光熱源后方一定距離處添加小功率的輔助電弧，使母材熔化形成前后有一定距離的２個(gè)熔池，即可避免因熱源間距過小而導(dǎo)致母材焊穿，還可防止因熱源間距過大而使電弧僅起到延長液態(tài)金屬冷卻時(shí)間而不能增強(qiáng)潤濕鋪展效果的現(xiàn)象發(fā)生．圖４為單激光作用下的鋁／鋼焊接熔池ｘｙ面的溫度場(chǎng)分布隨時(shí)間的變化情況，從圖４可以看出，由于高能量密度的激光束作用于母材表面，使熔池前端的溫度梯度變化較大，等溫線分布密

采用精細(xì)網(wǎng)格，遠(yuǎn)離熱源作用區(qū)域的網(wǎng)格相對(duì)較粗．圖２網(wǎng)格劃分Ｆｉｇ．２Ｍｅｓｈｄｉｖｉｓｉｏｎ２結(jié)果與分析圖３ａ、ｂ分別為焊接時(shí)間ｔ＝１０ｓ時(shí)，激光焊接與電弧輔助激光焊接下的熔池溫度場(chǎng)分布和焊縫成形．從圖３ａ可以看出，單激光作用下的母材受熱面積小，熔池最高溫度達(dá)到９９８．５１７Ｋ，液態(tài)金屬在鋼表面的潤濕鋪展效果較差，焊縫成形較差；從圖３ｂ可以看出，電弧輔助激光焊接母材受熱面積大，熔池最高溫度達(dá)到１０１０．９Ｋ，液態(tài)金屬在鋼表面的潤圖３不同焊接熱源作用下的溫度場(chǎng)和焊縫成形Ｆｉｇ．３Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｗｅｌｄｉｎｇｆｏｒｍａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒ－ｅｎｔｈｅａｔｓｏｕｒｃｅａｃｔｉｏｎ濕鋪展效果較好，焊縫成形良好．從圖３ｂ還可以看出，在電弧輔助激光熱源的作用下出現(xiàn)了２個(gè)熔池，前端在激光作用下形成的熔池面積較小，金屬熔化量較少，隨著焊接過程的進(jìn)行，經(jīng)激光加熱的金屬在來不及降溫的情況下被電弧再次加熱，在激光熱源后方一定距離形成另一熔池，該熔池面積較大，熔化的金屬量較多，使得液態(tài)金屬向鋼側(cè)的流動(dòng)加強(qiáng)，增強(qiáng)了液態(tài)金屬的潤濕鋪展效果．因此，在激光熱源后方一定距離處添加小功率的輔助電弧，使母材熔化形成前后有一定距離的２個(gè)熔池，即可避免因熱源間距過小而導(dǎo)致母材焊穿，還可防止因熱源間距過大而使電弧僅起到延長液態(tài)金屬冷卻時(shí)間而不能增強(qiáng)潤濕鋪展效果的現(xiàn)象發(fā)生．圖４為單激光作用下的鋁／鋼焊接熔池ｘｙ面的溫度場(chǎng)分布隨時(shí)間的變化情況，從圖４可以看出，由于高能量密度的激光束作用于母材表面，使熔池前端的溫度梯度變化較大，等溫線分布密

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3593408