基于動網(wǎng)格的激光焊接小孔演變過程模擬.pdf

1、在激光焊接過程中，激光向工件傳輸很高的能量密度，形成深寬比較大的焊縫，并且焊接時飛濺少、熱影響區(qū)小、工件變形小、焊縫成形美觀，這使得它在焊接領域的應用越來越廣泛。當激光光斑上的功率密度足夠大時(210m10W≥)，金屬在激光的照射下被迅速加熱，工件表面的溫度在極短的時間內(nèi)上升到蒸發(fā)點，使金屬材料熔化、汽化并蒸發(fā)，從而形成小孔，出現(xiàn)激光誘導的光致等離子體。小孔形成后，焊接過程中的能量吸收機制發(fā)生了質(zhì)的改變，從小孔形成前的熱傳導為主的能量吸

2、收，轉變成為激光在小孔內(nèi)部的多重反射吸收耦合等離子體的反韌致吸收機制。研究激光深熔焊接過程中的小孔演變具有重要的理論和實際意義，是現(xiàn)階段激光焊接模擬仿真領域內(nèi)主要的研究方向之一。
　　 本研究采用軟件FLUENT的動網(wǎng)格模型對激光焊接的小孔演變過程進行了模擬計算。首先，研究了激光焊接實際過程中的傳熱特點，對多種熱源模型進行了介紹；研究了小孔孔壁的反射吸收在激光深熔焊接過程中對激光能量傳輸?shù)淖饔煤陀绊?；采用幾何光學近似的方法，通過

3、光線跟蹤技術，模擬了小孔內(nèi)能量密度分布情況；對圓錐形小孔和拋物形小孔內(nèi)平行激光束的能量密度分布進行了計算。其次，根據(jù)激光焊接小孔演變的理論模型，計算了小孔界面在純蒸發(fā)機制下的推移速度。將計算得到的速度經(jīng)過適當?shù)奶幚砗笞饔糜贔LUENT中的動網(wǎng)格模型，使用FLUENT軟件的網(wǎng)格重構功能，模擬了純蒸發(fā)機制下溫度場的分布和小孔的瞬時演變過程。最后，結合光線追蹤技術和動網(wǎng)格技術，在能量分布遵循高斯分布的平行激光作用下，模擬了ZL114和TC4的