發(fā)布時(shí)間：2017-12-21 10:25

  本文關(guān)鍵詞：鈦合金薄板背反射激光焊接冶金動(dòng)力學(xué)與成形性優(yōu)化研究　出處：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：背反射激光焊接是一種薄板高效激光焊接新方法,其能夠在常規(guī)激光焊接僅能獲得V形焊縫的工藝參數(shù)下實(shí)現(xiàn)薄板的X形焊接成形;然而,這一薄板高效激光焊接型方法的理論研究尚較為薄弱。本文以0.6mm厚TC4鈦合金薄板為對(duì)象,圍繞“鈦合金薄板背反射激光焊接冶金動(dòng)力學(xué)與成形性優(yōu)化”這一主題,采用數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,對(duì)背反射激光焊接接頭熔池的傳熱、流動(dòng)、凝固等冶金動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行分析,闡明焊接過程中熔池溫度場(chǎng)、流場(chǎng)的變化及其分布規(guī)律,并由此進(jìn)一步探究晶粒生長(zhǎng)和組織凝固行為,從而為揭示背反射激光焊接成形機(jī)理奠定基礎(chǔ);同時(shí),基于背反射增效效應(yīng)結(jié)合目前有關(guān)多能場(chǎng)作用機(jī)理的研究,提出通過增加輔助電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)背反射激光焊接成形性的優(yōu)化方法,并進(jìn)行了探索性試驗(yàn)研究,為進(jìn)一步拓展這一薄板激光高品質(zhì)高效焊接成形方法應(yīng)用領(lǐng)域提供技術(shù)支撐。本文完成的主要工作和取得的成果如下:(1)基于FLUENT軟件建立了鈦合金薄板背反射激光焊成形過程的三維瞬態(tài)溫度場(chǎng)“雙高斯熱源”模型,對(duì)焊接過程中的溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了模擬分析,并研究了主要激光工藝參數(shù)對(duì)熔池形貌和溫度梯度分布的影響。結(jié)果表明:“雙熱源”的熱輸入先后狀態(tài)是導(dǎo)致熔池溫度場(chǎng)分布從“V”形到“X”最后變?yōu)椤暗筕”形的根本原因;同時(shí),溫度梯度與功率呈正比且與速度呈反比的規(guī)律。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,本文所建立的模型能夠較真實(shí)地反映背反射激光焊接熔池溫度場(chǎng)分布情況。(2)基于溫度場(chǎng)分布建立了背反射激光焊焊接熔池流動(dòng)中氣相、液相和固相三相區(qū)的流動(dòng)場(chǎng)統(tǒng)一模型,得到了熔池的三相匙孔相變以及流場(chǎng)分布情況。結(jié)果表明:熱輸入引起的溫度場(chǎng)分布是導(dǎo)致熔池相變的直接推動(dòng)力。隨著焊接功率增大或者掃描速度的減小,熔池熔寬和熔深都增大;激光入射匙孔引發(fā)等離子體/蒸氣云與背面墊板誘發(fā)羽輝的耦合作用是X形熔池形貌形成的主要原因;同時(shí),表面張力是形成熔池內(nèi)“橢圓回流環(huán)”的主要驅(qū)動(dòng)力。(3)參照溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的模擬結(jié)果,運(yùn)用CA方法對(duì)背反射增效激光焊接過程中熔池的枝晶生長(zhǎng)與溶質(zhì)分布進(jìn)行模擬分析,結(jié)合背反射激光焊接試驗(yàn)的熔池形貌進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)果表明:溫度梯度對(duì)結(jié)晶的速度影響較大,且與之呈反比規(guī)律;熔融體流動(dòng)方向?qū)Я３尸F(xiàn)出左側(cè)比右側(cè)長(zhǎng)、上下側(cè)基本相等的特征影響顯著,二次枝晶彼此形成封閉或半封閉區(qū)域的現(xiàn)象是導(dǎo)致該區(qū)域的溶質(zhì)堆積現(xiàn)象的主要成因;背反射焊接試驗(yàn)結(jié)果顯示試驗(yàn)形貌與模擬形貌吻合度較高,表明此模型能夠較好的模擬背反射激焊接成形過程中的晶粒生長(zhǎng)分布情況。(4)基于背反射增效效應(yīng)結(jié)合目前有關(guān)多能場(chǎng)作用機(jī)理的研究,提出了通過增加輔助電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)背反射激光焊接成形性的優(yōu)化方法,針對(duì)該方法開展了探索性試驗(yàn)研究并對(duì)其組織和力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明:輔助電場(chǎng)對(duì)焊縫正面形貌和熔池形貌影響很小,而對(duì)焊縫背面形貌影響顯著;同時(shí),輔助電場(chǎng)一定程度地細(xì)化了晶粒,而且輔助電場(chǎng)的引入與焊縫顯微組織內(nèi)“黑色斑點(diǎn)或斑塊”的產(chǎn)生有著直接聯(lián)系;此外,輔助電場(chǎng)對(duì)焊縫接頭力學(xué)性能影響甚微。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG456.7

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本文編號(hào)：1315709