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铝合金激光-MIG复合焊温度场的数值模拟

作　者: 宋荣武
导　师: 李萌盛
学　校: 合肥工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 激光-电弧复合焊 铝合金 焊接温度场 热源模型 有限元模拟
分类号: TG456.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 276次
引　用: 1次
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内容摘要


激光焊是一种高质量、高效率的焊接方法,但铝合金对激光束具有较高的反射率及较低的吸收率而很少使用。熔化极气体保护焊接在铝合金焊接中应用普遍,但熔深及焊接速度有限,且易导致接头的组织、性能变化及焊件的宏观变形等。采用激光-MIG复合热源用于铝合金板材的对接,既可增加电弧的稳定性、提高热能利用率,又可以有效地提高焊接生产效率,改善接头的组织与性能。本文根据实验结果建立6mm厚6061铝合金板状对接激光-MIG复合焊热源模型,分别采用解析法和有限单元法对焊接温度场进行了分析计算,重点探讨了有限元方法求解时的热源模型。研究内容包括:根据传热学理论建立了激光-MIG复合焊接中的“点+线+面”三维解析热源模型,并基于C语言用牛顿迭代法编制计算机程序,计算出接头中的焊缝截面形状与尺寸;采用高斯分布的热源模型、双椭球热源模型和热流作用半径在深度方向呈线性衰减的旋转体热源模型这三种模型叠加的组合热源模型,借助ANSYS有限元分析软件,对6mm厚的6061铝合金激光-MIG复合焊过程的接头温度分布情况进行了模拟与分析;通过实验验证之后,又运用该组合热源模型对2mm厚的6061铝合金平板激光-MIG复合焊接过程温度场进行了模拟与实验验证。研究结果表明:解析解法通过对热效率及激光衰减系数的调整与修正,计算结果可以逐渐逼近实际施焊结果。该方法热源模型的物理意义明确,求解过程简单、快捷,但无法对焊接过程中的动态温度场进行分析;三种热源模型叠加的组合热源模型适合于2~6mm厚度的铝合金激光-MIG复合焊接过程的动态温度场的模拟分析,模拟结果和实际施焊接头的焊缝截面形状十分接近。本文还通过数值模拟的方法,讨论了激光功率、焊接速度、能量分配系数等参数变化对激光-MIG复合焊接头温度分布的影响。

全文目录


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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 特种焊接 > 激光焊
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