激光焊接具有焊縫深寬比大、熱影響區(qū)小、焊接速度快、適用于柔性制造等優(yōu)點,在軌道交通、汽車制造、航天工程等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。相比低功率激光焊接,高功率激光焊接（大于5k W）具有更大的能量密度,可實現(xiàn)中厚壁構(gòu)件（大于4 mm）的高效焊接,有著巨大的發(fā)展?jié)摿εc研究意義。高功率激光焊接中激光功率的提高使得焊縫質(zhì)量、力學性能更難控制,相比于低功率激光焊接更易出現(xiàn)焊接缺陷。而側(cè)吹氣流能改變?nèi)鄢貎?nèi)液態(tài)金屬的流動行為及小孔開口形貌,可用于提高高功率激光焊接質(zhì)量。本文通過實驗與數(shù)值仿真的方法研究側(cè)吹氣流作用下高功率激光焊接氣-液-固三相轉(zhuǎn)變過程中的傳熱傳質(zhì)機理,研究焊接中熔池小孔動力學行為及穩(wěn)定性條件,分析側(cè)吹氣流對高功率激光焊接過程影響的作用機制,對獲得良好焊接質(zhì)量有著重要的工藝指導(dǎo)意義。針對側(cè)吹氣流作用下316L不銹鋼高功率激光焊接熔池小孔動態(tài)行為與焊接質(zhì)量相關(guān)性進行了數(shù)值模擬和實驗研究,取得的成果如下:（1）建立了側(cè)吹氣流下高功率激光焊接數(shù)學模型。其中,建立的三維組合熱源模型在模擬中根據(jù)實時獲取的小孔深度自適應(yīng)變化,同時在模型中考慮了羽輝中微粒作用下入射激光能量衰減效應(yīng),建立激光輸入能量與蒸汽羽高... 

【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

CO2激光—GMA復(fù)合焊熔池小孔數(shù)值仿真結(jié)果

圖 1-3 不同保護氣下的焊縫顯微組織[46]值仿真的手段，建立焊接保護氣作用下的高功率激光焊接可以通過模擬獲得的熔融金屬流動行為、金屬蒸汽的運動熔池小孔的變化特征，更好地反映焊接保護氣對高功率激機理，這也成為了當前國內(nèi)外的重要研究課題。Ki 等人孔焊接模型，考慮了自由界面的演化、沸騰、蒸發(fā)以及多指出多相流交界面的演變過程在激光焊接模擬中十分重中考慮了激光焊接中小孔壁接收激光能量的波動性以及比較了不同輔助氣流下焊接保護區(qū)的位置和尺寸大小，研的變化對焊接保護區(qū)保護氣體質(zhì)量分數(shù)的影響。Amara 擬了小孔、熔池以及氣體之間的界面演變過程，如圖 1-4惰性氣體射流對熔池有著顯著的擾動作用。Zhang 等人[52程中，側(cè)吹氣流和金屬蒸汽射流對熔池流動行為的影響，光深熔焊接過程中使用側(cè)吹氣流抑制飛濺及氣孔產(chǎn)生的

圖 1-4 側(cè)吹氣流作用下小孔形貌及熔池動力學行為模擬結(jié)果[50]由此可見，大量的工藝試驗結(jié)果表明側(cè)吹氣流工藝參數(shù)的變化對于焊接接頭的焊縫形貌、焊縫顯微組織、等離子形態(tài)、接頭力學性能有著顯著地影響。但已有的激光焊接數(shù)學模型并未詳細研究側(cè)吹氣流工藝參數(shù)的變化對焊接過程的影響，對于側(cè)吹氣流作用下熔池小孔動態(tài)行為及金屬蒸汽特征行為研究仍有欠缺。綜上所述，低功率激光焊接的熔池動態(tài)行為實驗與仿真模擬研究逐漸趨于成熟，主要側(cè)重于激光焊接過程中的熔池溫度場、熔池流動、小孔形貌、金屬蒸汽行為及實驗驗證。但是，高功率激光焊接下的熔池動態(tài)行為與低功率激光焊接有著明顯的差異，其熔池流動極為復(fù)雜，傳熱傳質(zhì)劇烈，小孔嚴重失穩(wěn)，金屬蒸汽行為也十分強烈，以往的模型難以準確反映高功率激光焊接過程中激光能量隨小孔深度大幅波動而產(chǎn)生的強烈變化，且為簡化求解難度，上述模型對激光焊接過程有較大影響的側(cè)吹氣流常常進行簡化處理。因此有必要建立側(cè)吹氣流作用下高功率激光焊接三維多相流瞬態(tài)數(shù)學模型，通過仿真模擬來深入研究高功率激光焊


本文編號：3271004