激光深熔焊過(guò)程熔池流動(dòng)特性數(shù)值模擬與分析.pdf

1、目前，隨著激光焊接工藝向多元化發(fā)展，激光器的品質(zhì)越來(lái)越高，使高速激光焊和大功率深穿透激光焊在航空航天、船舶制造和汽車制造等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣，傳統(tǒng)的激光深熔焊熔池流體流動(dòng)理論已不能覆蓋現(xiàn)有激光焊的工藝范疇，對(duì)于焊接過(guò)程中出現(xiàn)的一些新的物理現(xiàn)象，尚不能夠完全解釋它們。
　　本文基于試驗(yàn)觀測(cè)到的激光深熔焊熔池流動(dòng)特性，采用有限元數(shù)值模型方法系統(tǒng)分析焊接速度、預(yù)熱等條件下的熔池流動(dòng)行為，并通過(guò)對(duì)表面張力、浮力等熔池流動(dòng)驅(qū)動(dòng)的本質(zhì)因素出發(fā)

2、，闡明影響熔池流動(dòng)的因素及其影響規(guī)律。
　　利用日本大阪大學(xué)溶接研究所試驗(yàn)條件進(jìn)行的激光焊接熔池X射線穿透法在線監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：高速焊接條件下，熔池中匙孔后方的漩渦形成與流體流速發(fā)生了重要改變，直接影響了焊縫中氣孔的形成。
　　為研究激光深熔焊流體流動(dòng)行為的影響因素，本文通過(guò)三維流體力學(xué)軟件Fluent，建立了激光深熔焊熱-流耦合數(shù)學(xué)模型，研究了焊接速度、預(yù)熱條件等對(duì)熔池流體流動(dòng)的影響規(guī)律，利用物理模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行

3、驗(yàn)證。
　　計(jì)算結(jié)果表明，焊接速度對(duì)熔池尺寸和流體流動(dòng)影響顯著。隨焊接速度增加，熔池形貌發(fā)生明顯改變，熔池內(nèi)流體對(duì)流減弱，流體流動(dòng)速度降低，熔池上表面溫度梯度和溫度均降低，為證明熔池流速變化與溫度梯度的相關(guān)性，本文模擬計(jì)算了不同預(yù)熱條件下的熔池溫度場(chǎng)特征及其對(duì)流體流動(dòng)方向與流速的影響規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明：隨溫度梯度的增加，熔池流體流速增加，但流動(dòng)方向沒(méi)有發(fā)生本質(zhì)變化。
　　進(jìn)一步，通過(guò)模擬方法系統(tǒng)分析了表面張力、浮力等熔池流動(dòng)