车用异种金属激光深熔焊数值模拟和工艺试验研究

【摘要】轻量化成为汽车减排的重要举措,而实现汽车减重,大量使用轻质材料起着至关重要的作用。与传统熔焊热输入量大、热源难准确控制相比较,激光焊热量集中,应力应变小,是车用异种轻质合金的理想焊接方法。本文选取车用镀锌钢、6016铝合金以及5083铝合金为研究对象,设计激光深熔焊试验方案,采用数值模拟与试验相结合的方法,利用热电偶同步测温系统、卧式金相显微镜、扫描电镜以及PROCAST和ANSYS大型有限元商业软件等手段,对钢/铝、铝/铝激光深熔焊的熔深、熔宽、温度场分布规律、焊接接头的焊缝成形性、焊缝微观组织等进行了系统研究,研究结果期望为异种金属激光焊接提供了一种新的研究思路,为车用异种金属结构激光焊接的推广应用提供重要理论和试验基础。建立了钢/铝、铝/铝车用异种金属激光深熔焊温度场的数值计算模型,通过钢/铝、铝/铝激光焊温度场的计算,获得了不同工艺参数条件下的熔深、熔宽与温度场的分布规律,通过热电偶同步测温,实验验证了温度场模拟计算的准确性。焊接功率、焊接速度、光斑半径等不同工艺参数的热输入量对车用钢/铝、铝/铝异种金属激光焊接的焊缝形貌影响很大。研究了不同工艺参数组合及不同热输入量下的焊缝成形性,分析了不同工艺参数下钢/铝、铝/铝激光焊产生的焊接缺陷及其形成原因,获得了车用异种金属激光焊接的焊缝成形规律。通过钢/铝激光焊试验,发现焊接速度25mm/s,光斑半径0.9mm,功率1400W-1600W时,钢/铝焊缝表面较光洁,焊缝周围无咬边,无明显变形,但熔合情况较差,功率1900W-2100W时,易造成焊接缺陷,而功率1600W-1900W时,焊缝成形性良好；通过铝/铝异种金属激光焊试验,发现当功率2600W,焊接速度75mm/s,离焦量为0时,焊接热输入不够,出现假焊接现象；而功率2900W时,焊缝成形性良好,试样表面移动形成了连续、规则的鱼鳞状焊斑,且表面无飞溅、夹杂、宏观裂纹,焊缝背面亦熔透,具有均匀的熔化宽度。
【作者】刘征；
【导师】周惦武；梅小明；
【作者基本信息】湖南大学，机械工程，2013，硕士
【关键词】激光深熔焊；异种金属；数值模拟；温度场；焊缝成形性；

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