激光+GMAW復(fù)合熱源焊焊縫缺陷機(jī)理研究.pdf

1、激光+GMAW復(fù)合熱源焊綜合了激光焊與GMAW焊的雙重優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效焊接。但相較于單熱源焊，其工藝參數(shù)較多，難于優(yōu)化。若焊接過程中，工藝參數(shù)搭配不當(dāng)，仍會(huì)出現(xiàn)焊接缺陷。本文利用數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)合的方法，研究了激光+GMAW復(fù)合焊小孔動(dòng)態(tài)行為及流體動(dòng)力學(xué)特征，分析了高速?gòu)?fù)合焊焊縫缺陷的產(chǎn)生及抑制機(jī)理，為提高復(fù)合焊工藝可靠性提供了技術(shù)支持。
　　從傳熱學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，考慮熔滴和小孔對(duì)熔池的影響，建立了基于FLUENT軟

2、件適用、高效的激光+GMAW復(fù)合熱源焊三維瞬態(tài)熔池流體流動(dòng)數(shù)值分析模型。利用雙橢球體熱源描述電弧熱輸入，將激光熱輸入視為熱流峰值可調(diào)節(jié)的錐體熱源，其熱源分布參數(shù)通過簡(jiǎn)化的小孔形狀尺寸模型確定；將熔滴過渡過程視為從熔池上部特定區(qū)域流入熔池高溫液態(tài)金屬的過程，并通過建立液態(tài)金屬流速對(duì)時(shí)間的周期函數(shù)表征熔滴過渡頻率。簡(jiǎn)化了小孔的計(jì)算過程，重點(diǎn)考慮小孔的存在對(duì)熔池流體流態(tài)的影響。該模型綜合考慮了小孔、熔滴、熔池及熱場(chǎng)之間的耦合以及激光與電弧之間

3、的相互作用，可實(shí)現(xiàn)彎曲小孔、熱場(chǎng)以及流場(chǎng)的模擬計(jì)算，能夠合理反映復(fù)合焊小孔動(dòng)態(tài)行為及流體流動(dòng)的主要特征，同時(shí)提高了計(jì)算效率。
　　利用該模型對(duì)不同焊接條件下的激光+GMAW復(fù)合焊小孔、流場(chǎng)及焊縫成形進(jìn)行了模擬計(jì)算，并依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證及優(yōu)化，根據(jù)復(fù)合熱源焊小孔動(dòng)態(tài)行為及流體流態(tài)，分析了其對(duì)焊縫成形的影響機(jī)制。獲得了高速過程中駝峰、咬邊、氣孔等焊接缺陷形成時(shí)的流體流動(dòng)模式，探討了激光功率、焊接速度、電弧熱輸入等對(duì)復(fù)合焊小孔

4、及流體流動(dòng)的影響規(guī)律，提出了其抑制焊接缺陷的方法。研究結(jié)果表明，相較于GMAW焊，復(fù)合焊中激光熱輸入的存在改變了熔池的熱場(chǎng)特征及流體流動(dòng)模式，從而能夠有效地抑制高速焊接過程中駝峰、咬邊的出現(xiàn)；但隨著焊接速度的提高，激光影響減弱，焊接缺陷又會(huì)重新出現(xiàn)。在1 m/min焊速條件下，GMAW焊（激光功率為0 W）出現(xiàn)駝峰缺陷；當(dāng)激光功率為500 W時(shí)，駝峰缺陷消失，但熔池中無小孔產(chǎn)生，且流體流動(dòng)模式與GMAW焊相近，而當(dāng)焊接速度增大到2 m/