側(cè)吹氣流下高功率激光焊接數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)研究_第1頁
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文檔簡介

側(cè)吹氣流下高功率激光焊接數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)研究激光焊接具有焊縫深寬比大、熱影響區(qū)小、焊接速度快、適用于柔性制造等優(yōu)點(diǎn),在軌道交通、汽車制造、航天工程等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。相比低功率激光焊接,高功率激光焊接(大于5kW)具有更大的能量密度,可實(shí)現(xiàn)中厚壁構(gòu)件(大于4mm)的高效焊接,有著巨大的發(fā)展?jié)摿εc研究意義。高功率激光焊接中激光功率的提高使得焊縫質(zhì)量、力學(xué)性能更難控制,相比于低功率激光焊接更易出現(xiàn)焊接缺陷。而側(cè)吹氣流能改變?nèi)鄢貎?nèi)液態(tài)金屬的流動(dòng)行為及小孔開口形貌,可用于提高高功率激光焊接質(zhì)量。本文通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值仿真的方法研究側(cè)吹氣流作用下高功率激光焊接氣-液-固三相轉(zhuǎn)變過程中的傳熱傳質(zhì)機(jī)理,研究焊接中熔池小孔動(dòng)力學(xué)行為及穩(wěn)定性條件,分析側(cè)吹氣流對(duì)高功率激光焊接過程影響的作用機(jī)制,對(duì)獲得良好焊接質(zhì)量有著重要的工藝指導(dǎo)意義。針對(duì)側(cè)吹氣流作用下316L不銹鋼高功率激光焊接熔池小孔動(dòng)態(tài)行為與焊接質(zhì)量相關(guān)性進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究,取得的成果如下:(1)建立了側(cè)吹氣流下高功率激光焊接數(shù)學(xué)模型。其中,建立的三維組合熱源模型在模擬中根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的小孔深度自適應(yīng)變化,同時(shí)在模型中考慮了羽輝中微粒作用下入射激光能量衰減效應(yīng),建立激光輸入能量與蒸汽羽高度之間的聯(lián)系;同時(shí)使用改進(jìn)的PLIC-VOF方法實(shí)現(xiàn)對(duì)小孔自由界面的實(shí)時(shí)追蹤,從而實(shí)現(xiàn)了模型中小孔壁面反沖壓力的準(zhǔn)確計(jì)算與加載。(2)進(jìn)行了側(cè)吹氣流工藝下316L不銹鋼高功率激光焊接數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)了側(cè)吹氣流工藝參數(shù)變化會(huì)影響焊接熔池小孔動(dòng)態(tài)行為、金屬蒸汽/等離子體形貌特征、熔池內(nèi)部溫度、小孔形貌及其震蕩性,進(jìn)而揭示了側(cè)吹氣流對(duì)高功率激光焊接過程影響的作用機(jī)制。(3)進(jìn)行了側(cè)吹氣流作用下316L不銹鋼高功率激光焊接工藝實(shí)驗(yàn)。改變側(cè)吹氣流流量、橫向距離、噴嘴高

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