鎂合金復(fù)合熱源焊接工藝與數(shù)值模擬研究.pdf

1、鎂合金是目前被國內(nèi)外重新認(rèn)識并積極開發(fā)的一種輕量化材料，具有低密度、高比強(qiáng)度、阻尼減震性好、易機(jī)械加工以及良好的可回收性等優(yōu)點。高效合理的鎂合金焊接方法將大大推動鎂合金的發(fā)展與應(yīng)用。 激光-電弧復(fù)合熱源焊接具有高速、高效、接頭質(zhì)量優(yōu)異等特點，目前正在被國內(nèi)外的研究者日益關(guān)注。對這一過程的焊接數(shù)值模擬研究有助于更深層次地理解過程的物理機(jī)制，從而實現(xiàn)指導(dǎo)焊接工藝、控制焊接質(zhì)量的目的。 本文以變形鎂合金AZ31B為研究對象，對

2、其YAG激光-TIG電弧復(fù)合熱源搭接焊工藝進(jìn)行了試驗研究，系統(tǒng)地分析了各工藝參數(shù)對焊接熔深、熔寬、表面成型的影響規(guī)律，微觀組織特點并最終獲得了具有優(yōu)良剪切強(qiáng)度的焊接接頭。研究發(fā)現(xiàn)：復(fù)合熱源搭接的能量特點導(dǎo)致接頭宏觀呈“圖釘”形狀，復(fù)合熱源搭接焊的熱循環(huán)特點導(dǎo)致了接頭微觀組織的特殊性：接頭上部呈現(xiàn)激光焊與TIG焊共同作用下的組織特征；接頭下部呈現(xiàn)明顯的激光焊組織特征。 在復(fù)合熱源焊接工藝研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合鎂合金材料特點，建立了基于

3、旋轉(zhuǎn)高斯體熱源與高斯面熱源相結(jié)合的復(fù)合熱源模型：高能束激光熱源由旋轉(zhuǎn)高斯體熱源描述；TIG電弧則由高斯面熱源描述。熱源模型的建立充分考慮了過程的物理特點與熱源間的能量增強(qiáng)效應(yīng)。 數(shù)值模擬中由于受到熱源模型計算參數(shù)、高溫區(qū)物理性能參數(shù)難以精確的制約，使模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性難以保證。本文提出了采用紅外熱像儀測溫，用所得的弧光干擾區(qū)外的溫度場校正模擬參數(shù)、材料熱物性參數(shù)，既而得到全場溫度的方法解決這一問題。通過熱電偶測溫、熔池形狀對比證明