鋁合金雙光束激光填絲焊溫度場與應力場數(shù)值模擬.pdf

1、鋁合金激光焊接過程存在的焊接穩(wěn)定性差、焊接氣孔嚴重和焊接變形大一直是限制其應用的主要問題。因此，目前鋁合金激光焊接技術研究和應用重點集中在了雙光束激光填絲焊接技術之中。雖然，雙光束激光焊接可以降低或解決鋁合金激光焊接過程穩(wěn)定性差、焊接氣孔嚴重和變形大等問題。但是，對于鋁合金激光焊接過程中的溫度場分布、殘余應力分布及其變形規(guī)律單純通過試驗獲得不僅十分困難，而且比較盲目。因此，本文采用有限元方法對雙光束激光填絲焊接鋁合金對接和T型接頭的焊接

2、溫度場及應力應變場的產(chǎn)生和分布進行數(shù)值模擬計算，以便為控制焊接變形提供理論指導。
　　通過分析激光深熔焊的物理特性，建立了雙光束激光填絲焊的熱源模型即面熱源+雙圓柱體熱源的熱源模型，其體熱源的匙孔深度與激光功率聯(lián)系起來，采用生死單元法來模擬焊絲的熔敷過程，同時考慮對流和輻射傳熱以及相變潛熱。基于有限元軟件Marc，編寫Fortran子程序來實現(xiàn)移動熱源的加載，通過對比計算雙光束焊接對接接頭的熔合線和實際焊縫橫截面及溫度循環(huán)曲線，驗

3、證了模型的準確性。在此基礎上對比分析不同光束排布方式和能量比下的焊接溫度場及焊縫熔化截面，提出合理的優(yōu)化工藝：當雙光束互成45度角時，能量比為2:1時上表面熔寬較小，而下表面熔寬較大。
　　在分析雙光束激光焊接溫度場分布的基礎上，建立了雙光束激光焊接應力應變場的數(shù)學模型，雙光束焊接對接接頭焊后的殘余應力結果表明并行排布的焊后殘余拉應力最大值157MPa,45°排布（能量比2:1）的焊后殘余拉應力最大值為176MPa，并行排布焊后殘

4、余拉應力的分布區(qū)域大于45°排布的殘余拉應力分布區(qū)域，焊后對接接頭出現(xiàn)了一定的角變形。并行排布時焊后的角變形較大，其Y向位移為0.11mm。
　　在此基礎上，進一步進行了T型接頭雙光束激光焊接的數(shù)值模，焊接過程中兩側的入射角度應在40°-50°之間，在翼板偏置的距離在0-0.3mm范圍內(nèi)，而在腹板上偏置的距離在0-0.2mm范圍內(nèi)。T型接頭應力應變場的計算結果表明：T型接頭焊后殘余應力主要分布在焊角附近，且最大殘余應力處在腹板上，