鋁合金激光+GMAW復合熱源焊接熔池動態(tài)行為數(shù)值分析.pdf

1、激光+GMAW復合熱源焊綜合了激光焊和 GMAW焊的雙重優(yōu)點，具有實現(xiàn)鋁合金優(yōu)質(zhì)、高效焊接的巨大潛力。但復合焊工藝參數(shù)較多，優(yōu)化困難。焊接過程中，熔池內(nèi)流體流動對焊縫成形密切相關(guān)，因此，利用數(shù)值模擬技術(shù)對鋁合金復合焊熔池動態(tài)行為進行研究，具有理論價值和工程實用價值。本文依據(jù)傳熱學、光學和流體動力學原理，綜合考慮氣、液、固三相耦合及熔滴、小孔與熔池三者相互作用機制，基于FLUENT軟件，建立了鋁合金激光+GMAW復合熱源焊三維瞬態(tài)熔池流體

2、流動數(shù)值分析模型。利用雙橢球體熱源描述電弧熱輸入，同時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)通過簡化的小孔形狀尺寸模型確定。計算過程中，首先將熔滴過渡過程視為從熔池上部特定區(qū)域向熔池流入高溫液態(tài)金屬的過程，并通過建立液態(tài)金屬流速對時間的周期函數(shù)表征熔滴過渡頻率，其次將液態(tài)金屬的流入在FLUENT軟件中處理為邊界速度入口(Velocity-inlet)，同時將小孔視為由激光致蒸汽反作用力引起的熔池表面變形。為簡化計算過程

3、，重點考慮小孔的存在對熔池流體流態(tài)的主要影響。利用所建模型對不同激光功率堆焊及角接頭焊接過程小孔形態(tài)、熔池流體流動及溫度場進行數(shù)值計算，分析不同接頭方式激光+GMAW復合熱源焊流場特征。
　　對于復合熱源堆焊焊接過程，在2kW激光功率作用下，熔池中小孔尺寸較小，復合焊熔池的動態(tài)特性很大程度上受到電弧和熔滴的影響，小孔震動劇烈。當激光功率增加到3kw，激光致蒸汽反作用力增強，熔池內(nèi)小孔深度增加。小孔型貌任隨液態(tài)金屬流動方式震動。小孔

4、后壁液態(tài)金屬一部分沿熔池底部向熔池尾部流動，隨后在熔池中后部上浮。另一部分金屬隨小孔后壁向上流動，在熔池中部產(chǎn)生順時針環(huán)流。當激光功率增加到5kW時，小孔深度變得相對穩(wěn)定，但液態(tài)金屬的基本流動模式與3kW沒有明顯變化。隨著激光功率的增大，復合焊熔池流體流速增加，對流傳熱方式在傳熱中比重增加。
　　在角接頭焊接過程中,當激光功率為0kW時，由于熔池處重力分布特征，立板處熔池出現(xiàn)嚴重下淌，焊接過程中凹陷出現(xiàn)在立板處熔池，熔池不對稱性嚴