2A16鋁合金激光焊接工藝研究及數(shù)值模擬.pdf

1、鋁合金由于密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、彈性好、抗沖擊性能良好、耐腐蝕、易于加工成形及無低溫脆性轉(zhuǎn)變等許多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種焊接結(jié)構(gòu)中。激光焊接技術(shù)具有能量密度高,加熱集中,焊接速度快,對(duì)材料的熱損傷小,焊縫深寬比大,接頭的殘余應(yīng)力低等特點(diǎn),是焊接高強(qiáng)鋁合金的首選工藝。本文研究了2A16鋁合金激光焊接工藝,分析了影響焊接過程穩(wěn)定性和焊縫成形性能的主要因素及影響規(guī)律,同時(shí)利用ANSYS有限元方法對(duì)鋁合金激光焊的溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行了數(shù)值模擬,

2、分析了焊件的殘余應(yīng)力分布特點(diǎn),為預(yù)測和控制焊件的殘余應(yīng)力、優(yōu)化焊接工藝提供了試驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。采用YAG激光器進(jìn)行了厚度為1.2mm平板2A16鋁合金焊接,分析了包括工作電流、焊速、離焦量等因素對(duì)焊縫成形和焊接宏觀質(zhì)量的影響規(guī)律。同時(shí)還進(jìn)行了2A16激光焊接接頭的硬度性能測試,并利用OM、SEM手段觀察了鋁合金激光焊接接頭的金相組織。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,離焦量是影響是否焊透的關(guān)鍵因素。對(duì)于在激光焊接中產(chǎn)生氣孔和裂紋缺陷問題,通過優(yōu)化工藝降低了缺

3、陷產(chǎn)生的機(jī)率,通過X射線探傷,證明焊縫中無明顯裂紋存在,鋁合金激光焊的適宜工藝參數(shù)：工作電流Ⅰ=380A,脈寬w=6ms,頻率f=8Hz,焊接速度v=90mm/min,氣流量h=5L/min,離焦量F=2mm。焊縫區(qū)硬度明顯高于母材區(qū),通過金相觀察發(fā)現(xiàn)了層狀形貌。基于ANSYS軟件采用高斯熱源模型對(duì)激光焊接接頭溫度場進(jìn)行了有限元模擬,建立了符合激光焊接溫度場計(jì)算的有限元幾何模型,并劃分了合適的網(wǎng)格；通過APDL二次開發(fā)語言可實(shí)現(xiàn)激光焊中