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Keywords: aluminum alloy; laser welding; GMAW; hybrid welding; heat source model; molten pool behavior
目录
第一章绪论.1
1.1选题意义.1
1.2.铝合金的焊接性1
1.3.1激光+GMAW复合焊的特点.2
1.3.2激光+GMAW复合焊机理的研究现状.2
1.3.3激光+GMAW复合热源焊的工艺研究.3
1.3.4数值模拟的研究现状8
1.4目前存在的问题.8
1.5本文主要内容.9
第二章实验设备及方法10
2.1实验设备.10
2.2实验材料.10
2.3实验方法.11
第三章铝合金复合焊流体流态数值分析.13
3.1控制方程.13
3.2流体流动数值分析数学模型.14
3.3初始条件和边界条件.17
3.3.1初始条件17
3.3.2边界条件18
3.4网格划分.19
3.5材料热物理性能.20
3.6求解方法.20
3.7本章小结.21
第四章铝合金复合焊熔池流体流态分析.22
4.1计算结果与实验结果的对比.22
4.2.1复合焊激光功率3000W.22
4.2.2复合焊激光功率5000W.23
4.3本章小结.27
结论.28
致谢.29
参考文献.30
第一章 绪论 1.1 选题意义 作为一种轻质材料，铝合金密度低、强度高、热电导率大、耐腐蚀能力强，因而铝合金的焊接结构被广泛应用于工业产品。但铝合金焊接性差，易出现气孔、热裂纹等缺陷。采用传统的GMAW焊和先进的激光焊相结合的焊接方法，激光+GMAW 复合焊极大提升了焊接速度、焊缝质量和焊缝熔深等重要性能[1,2]，因而具有进行铝合金焊接的巨大潜力。但激光+GMAW复合焊参数较大，且难于优化，参数搭配不当仍会影响焊缝成型。因此，研究激光+GMAW复合焊熔池内流体流动模式有利于深入了解其焊缝成型机制，从而促进其工艺技术的应用和发展。 目前激光+GMAW复合焊主要是针对铝合金焊接的工艺方面，即通过实验优化铝合金焊接工艺参数，源:自;751'-论.文,网·www.751com.cn/ 以便于加快铝合金激光+GMAW复合焊的实际应用。但激光+GMAW复合焊针对焊缝内部机理的研究较少，主要集中于钢，而对铝合金焊缝成型机理研究就较少。因此，目前关于铝合金激光+GMAW复合焊焊缝内部机理的认识的缺乏，阻碍了该工艺的广泛应用与发展。 由于实验设备的限制，目前针对激光+GMAW复合焊熔池形态的分析主要借助于数值模拟的方法。随着计算机技术和模拟模型技术的发展，该技术成为研究激光+GMAW复合焊机理的重要手段。本文采用数值仿真对铝合金激光+GMAW复合焊熔池内流体流动进行研究，对该工艺的优化具有实际意义。
1.2 铝合金的焊接性 由于铝合金自身的特点，其焊接特性主要问题包括[3]：(1) 因为铝的热导率高(是钢的5倍)，焊接时对能量输入较大，所以必须采用功率大、能量集中的热源，且热膨胀性较高，有很大的收缩应力，故焊件容易发生变形；(2) 焊接时熔池液态铝合金表面张力小，焊缝容易产生烧穿、下塌等缺陷；(3) 由于氧化形成的致密氧化氧化膜或杂质，焊接时易形成气孔、夹渣等缺陷；(4) 氢在液相中的溶解度较高，在凝固时则迅速下降，易产生气孔；(5) 铝合金有较大的熔化温度范围,易产生裂纹。 铝合金因为其焊接性，使得铝合金焊接时具有几大难点：(1) 铝合金焊接接头软化严重强度系数低这也是阻碍铝合金应用的最大障碍；(2) 铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al3O2 其熔点为 2060℃)这就需要采用大功率密度的焊接工艺；(3) 铝合金焊接容易出现气孔；(4) 铝合金焊接易引起热裂纹；(5) 线膨胀系数大容易产生焊接变形；(6) 铝合金热导率大(约为钢的 4 倍)相同焊接速度下热输入要比焊接钢材大 24 倍[4]。因此铝合金的焊接要求采用能量密度大焊接热输入小焊接速度高的高效焊接方法。