深熔激光焊接数学模型研究现状

对已有的有关深熔激光的数学模型的类型、建模方法及其应用进行了讨论 ,评述了深熔激光焊接小孔和熔池形状数学模型的研究现状 ,对深熔激光焊焊缝形状预测和工艺参数优化人工神经网络模型等典型的模型进行了介绍。

激光深熔焊接工作流体流动和传热研究综述

激光深熔焊接是一种借助高能量密度激光束作为热源,将金属材料加热至形成穿孔的焊接方法。在激光深熔焊接的过程中,工作流体的流动和传热起着至关重要的作用,对焊缝的形成和质量产生显著影响。概括了激光深熔焊接工作流体流动和传热的激光功率、焊接速度、保护气体等影响因素的研究现状以及目前存在的问题,并对未来的研究方向进行了展望。

光束倾角对激光深熔焊304不锈钢焊缝力学性能及熔池流动的影响

在激光深熔焊接中光束倾角会直接影响匙孔形态,光束倾角对熔池流动也具有一定的影响.采用激光深熔焊接白板试验结合“半三明治”熔池流动直接观测试验,以激光倾角作为变量,研究其对304不锈钢激光深熔焊接焊缝力学性能及熔池流动的影响.结果表明,在焊缝的力学性能上,不同激光倾角对焊缝上、中部的影响差异性较小,对下部的影响较大,焊缝底部拉伸件出现较多气孔缺陷,正激光入射角下的焊缝抗拉强度和断后伸长率小于负激光入射角.正激光入射角下“上小下大”的匙孔形貌使其底部易产生涡流,不利于气泡的排出,且匙孔坍塌频率较负激光入射角大,导致熔池稳定性较差,焊缝气孔缺陷的形成概率呈现为正激光入射角高于负激光入射角态势.

激光深熔焊接的熔池行为与焊接缺陷的研究

分析了激光深熔焊接的小孔机制的数学模型。研究了焊接熔池的稳定性与金属蒸气压的关系及金属蒸气压与等离子体的关系。着重研究了激光焊接工艺参数 (包括激光模式、功率、聚焦条件、焊接速度和辅助吹气 )对焊接熔池行为的影响 ,最后 ,还研究了熔池行为与焊缝组织结构和缺陷 (如气孔、裂纹等 )的关系。

复合阻尼钢板激光深熔焊接数值模拟

复合阻尼钢板有效地把金属材料和高分子材料的特性结合起来使用,使其既具有金属材料原有的力学性能及加工成形特性,又具有高分子材料的阻尼特性,是振动、噪声场合替代金属材料使用的理想环保产品。但其焊接难点制约了其应用的推广。本文通过对复合阻尼钢板进行激光深熔焊接,获得了合适的焊接工艺参数,采用有限元软件ANSYS模拟了在此参数下阻尼钢板的温度场分布。结果表明:焊接熔池的模拟结果与试验结果基本吻合。

激光深熔焊接热源模型的研究进展

综述了激光深熔焊接热源模型的研究现状与进展。介绍了三种解析解热源模型。重点论述了数值解热源模型的发展过程,分析了其优点与局限性。

激光深熔焊接抛物面小孔模型

激光深熔焊接由于其无与伦比的优良特性成为高功率激光工业应用的主要方面。在假设小孔为旋转抛物面结构的基础上,通过分析小孔内的压力平衡、蒸发压力、表面张力、能量平衡、小孔壁的温度以及小孔底部的能量平衡问题,采用数值迭代方法求解出小孔的深度和宽度。将焊接中的理论分析由假设小孔形状为圆柱面只能适合低速焊接推广到中高速焊接。计算了在不同焊接速度下小孔的深度、宽度以及与焊接试验的焊缝深度,与焊接试验中得到的结果进行了比较,理论计算结果也比较吻合实际焊接情况。

激光焊接体能量及其对激光深熔焊缝熔深的影响

定义焊接体能量用来综合评价激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接工艺参数对激光深熔焊接过程的影响,并分析了焊接体能量对激光深熔焊缝熔深的影响。焊接体能量与激光功率成正比、与焊接速度成反比、与离焦量成四阶指数关系,与焦点尺寸成平方关系。结果表明,在激光深熔焊接过程中,焊接体能量决定焊缝熔深;随着焊接体能量的增大,焊缝熔深近似呈线性增大。

热压条件下激光深熔焊接温度场的数值模拟

对铝合金LF3Y2搭接板进行了热压条件下激光深熔焊接。建立了该条件下的焊接热源模型,热源模型由作用在工件表面的高斯面热源和沿激光入射方向的旋转高斯体热源构成。使用该热源模型和ANSYS有限元分析软件对前述的试验进行了数值模拟。结果表明,热压使激光在高速焊接时依然有足够的熔深和熔宽;试件表面的等温线呈椭圆形,在移动热源前方温度梯度大,后方温度梯度小;计算所得的熔池截面成形与工艺试验结果吻合良好,验证了该热源模型的合理性。

粉末冶金材料激光深熔焊接工艺研究

用LSM 2 40全自动SLAB激光焊接机对Fe基、Ni基、Co基 3种粉末材料进行焊接实验。研究了焦点位置、焊接速度、焊接线能量对粉末材料激光焊接焊缝质量的影响。结果表明 ,Ni对离焦量最敏感。并得到了焊接熔深H与输入线能量W的数学表达式。

激光深熔焊接过程中小孔行为的研究进展

从试验研究和数值模拟研究两个方面介绍了激光深熔焊接过程中小孔行为的国内外研究现状。X射线透射成像和高速摄影相结合的方法迄今为止仍然是研究激光深熔焊接过程中小孔行为最有效的方法。多激光束焊接、复合激光焊以及辅助气流等方法被用于改善激光焊接过程中小孔的稳定性。目前具有代表性的动态小孔模型有三类,分别是认为激光焊小孔形成机理与激光打孔相同的动态小孔模型,基于流体体积法(VOF)的动态小孔模型和基于等值面法(LevelSet的动态小孔模型。对三类模型进行了比较分析,并指出基于高精度运动界面追踪方法来追踪汽/液界面的动态小孔模型将是今后发展的趋势。

激光深熔焊接光致等离子体的控制

激光深熔焊接过程中,光致等离子体对激光能量有显著的屏蔽作用,严重影响了焊接质量,因此,对等离子体的控制技术成为研究的热点。本文在简要介绍等离子体形成、分类的基础上,系统归纳了国内外几种控制等离子体的方法,并对这几种方法进行了比较。其中,详细介绍了真空焊接法。

铝合金激光深熔焊接热过程有限元数值模拟

对铝合金5A06筒体纵缝进行激光深熔焊接。采用旋转高斯体热源模型和ANSYS有限元分析软件对其进行了数值模拟。结果表明,用有限元数值模拟方法得到的焊接温度场分布规律与实测结果基本一致。

铝合金激光深熔焊接工艺参数对焊缝成形的影响

使用所建立的有限元模型,分别对激光焊接功率在1～5kW,焊接速度在0.3～1.5m/min情况下进行了模拟,分别得到了激光功率与熔深、熔宽的关系和焊接速度与熔深、熔宽的关系。可作为铝合金激光焊接工艺指导。

高功率光纤激光深熔焊接小孔特征直接观测

为了解决深熔焊接小孔难以直观观测的难题,提出改进的"三明治"方法,并对10 kW光纤激光深熔焊接小孔进行了直观观测,观测到激光深熔焊接清晰的小孔内壁及沿着孔壁的液体流动.对小孔前沿壁上流动的液体"台阶"及其伴随的流体动力学和蒸汽现象进行了同步观测.观测了金属微滴脱离小孔壁过程及所导致的蒸汽爆发现象.采用光谱仪对小孔内部光谱信号进行了精确探测并计算了孔内光致等离子体特征参数.试验结果表明:小孔壁的流体动力学行为对焊接缺陷的产生具有决定性影响.

激光深熔焊接小孔内等离子体的反韧致辐射吸收研究

在假设小孔为圆柱形的基础上,通过跟踪光线在小孔内的多次反射轨迹,对激光深熔焊接过程中小孔内等离子体的反韧致辐射吸收进行了研究,计算了小孔孔壁上吸收的激光功率密度,分析研究了孔壁的多次反射次数、聚焦透镜的焦距以及小孔直径等因素对孔壁上的激光功率密度分布的影响.计算结果表明:小孔孔壁通过等离子体的反韧致辐射吸收的激光功率密度主要取决于等离子体对直射激光的反韧致辐射吸收,小孔孔壁的多次反射光只对小孔下部孔壁的激光功率密度分布有一些影响.随着聚焦透镜焦距的增大,小孔孔壁上吸收的激光功率密度峰值减小,但分布区域向小孔深处推移.最后,对小孔孔壁上吸收的激光功率密度与小孔的尺寸之间的关系进行了讨论.小孔的尺寸取决于孔壁上吸收的激光功率密度大小.激光功率密度越大,小孔直径越大.

铝合金激光深熔焊接热过程有限元数值模拟

对铝合金5A06筒体纵缝进行激光深熔焊接。建立了该条件下的焊接热源模型,热源模型由沿激光入射方向的旋转高斯体热源构成。使用该热源模型和ANSYS有限元分析软件对前述的试验进行了数值模拟。为制定和优化焊接工艺提供必要的参考。

镀锌高强钢激光深熔焊接温度研究

通过对薄板激光深熔焊接焊缝形状的研究,建立了薄板深熔焊接点线叠加的热源模型。通过对比数值计算和试验测定的焊件表面不同点处温度,验证了理论模型的正确性,为激光薄板焊接优化工艺参数提供依据。

激光深熔焊接镀锌高强板工艺参数对熔深熔宽的试验研究

通过对薄板激光深熔焊接正交实验的设计,初步得到了焊接时不同工艺参数,即焊接速度、离焦量、辅助气体流量与焊缝熔深熔宽的关系,对焊缝质量的进一步研究提供了重要参考价值。

钢/铝异种合金激光深熔焊接头界面金属间化合物的EBSD研究

以6mm厚钢/铝合金对接接头为研究对象,进行了无任何填充材料的激光深熔焊接的工艺实验,通过调控焊接工艺参数,获得了良好焊缝成形的冶金结合接头。利用光学显微镜(OM)和电子背衍射散射(EBSD)分析方法,研究了不同激光偏移量及接头不同位置对界面金属间化合物(IMC)组织形态、物相组成及厚度的影响。结果表明:钢/铝异种合金激光深熔焊接头界面IMC组织主要由η-Al_5Fe_2及θ-Al_(13)Fe_4两相组成。激光偏移量的大小不仅影响接头界面IMC层的平均厚度,还影响界面IMC晶粒的尺寸:增加激光偏移量显著地减少了接头界面粗大针状θ-Al_(13)Fe_4相数量,细化了接头界面η-Al_5Fe_2层的晶粒,降低了接头界面η-Al_5Fe_2层平均厚度。就接头界面不同位置而言,在两种激光偏移量条件下,接头界面中部η-Al_5Fe_2层的晶粒尺寸和平均厚度最小。此外,从EBSD的相分布研究还发现,接头界面处清晰地显示了在钢基体与η-Al_5Fe_2层之间有θ-Al_(13)Fe_4相的形成。