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1、鈦合金激光焊接工藝研究及激光穿透焊溫度場(chǎng)數(shù)值模擬摘要鈦及鈦合金因其比強(qiáng)度大和優(yōu)良的耐酸腐蝕性能，在各行各業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。激光焊接由于具有能量集中、焊縫成形好、操作簡(jiǎn)單、易于監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合焊接鈦合金材料。論文通過激光焊接試驗(yàn)表明鈦合金激光焊接的主要缺陷是氣孔，空氣中的氧氣、氮?dú)夂凸ぜ砻娴乃质窃斐蓺饪椎闹饕?。鈦合金激光焊接焊縫強(qiáng)度、硬度提高，塑性、彎曲性能下降。對(duì)1．8mm厚P20型鈦合金板激光拼焊推薦工藝參數(shù)為激光功率1600～1800W，焊接速度2．7～3．6ndmin。激光穿透焊接過程包含著一系列復(fù)雜的物理
2、、化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象，表現(xiàn)出快速、復(fù)雜、多維、多參數(shù)影響等特點(diǎn)。激光與材料相互作用時(shí)，因聚焦激光束功率密度高(通常高達(dá)10。W／cm2以上)，被焊材料在極短時(shí)間內(nèi)熔化、汽化乃至蒸發(fā)，從而形成小孔，并出現(xiàn)激光誘導(dǎo)的等離子體。在激光焊接過程中，光致等離子體、小孔以及熔池的行為決定了焊縫成形以及焊接質(zhì)量。對(duì)激光焊接的模擬盡管前人已經(jīng)作了大量的研究，但是對(duì)激光穿透焊接三維溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)再現(xiàn)仍存在一定的局限。目前，雖然ANSYS(一種大型有限元軟件)正在成為有限元模擬領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，但國內(nèi)外還未見將其應(yīng)用在激光焊接過程數(shù)值模擬的相關(guān)報(bào)道。論文探討了基
3、于ANSYS軟件進(jìn)行激光穿透焊接三維溫度場(chǎng)數(shù)值模擬的若干關(guān)鍵問題。論文采用球狀熱源和柱狀熱源相結(jié)合的雙熱源模型，用APDL語言開發(fā)的ANSYS計(jì)算程序，能有效地對(duì)激光穿透焊接過程三維溫度場(chǎng)變化情況進(jìn)行模擬。論文還針對(duì)使用ANSYS軟件要求較高的特點(diǎn)，采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的方法進(jìn)行二次開發(fā)，在VC++6．0開發(fā)環(huán)境下將其封裝。這樣，通過其友好的人機(jī)界面，激光焊接專家只需輸入激光穿透焊接工藝參數(shù)即可自動(dòng)調(diào)用ANSYS模塊進(jìn)行后臺(tái)計(jì)算，而勿需專門學(xué)習(xí)有限元理論和ANSYS軟件，方便了用戶的使用。關(guān)鍵詞：鈦合金激光彈接激光穿逸焊三維溫度場(chǎng)數(shù)
4、宿模擬ABSTRACTWiththeadvantagesofhighstrength—to—weightrmio，excellentcorrosionsresistance，titaniumandtitaniumalloyhavebeenappliedmoreandmorewidelyinmanyfields．Thelaserweldingissuitableforthetitaniumandtitaniumalloybecauseofitsllighpowerdensity,goodweldingperformance，andea
5、syinspection．Basedonexperimentsoftitaniumlaserwelding，theresultshowsporesareacomnqondefectintheweldforlaserweldingoftitaniumalloys．The02，N2intheairandtheH20absorbedOnthesurfaceoftheworkpiecearethemainresourceofthesepores．Thetitaniumweld、vimlaserweldinghashigherstrength
6、andhardness，lowerductilitythanthoseofbasematerials．Forthelaserweldingoftitaniumalloywitll1．8mmthickness．1aserpower1600～1800Wandweldingspeed2．7-3．6m／minwererecommendedinthethesis．Theprocessoflaserfull—penetrationweldingincludesaserialofphysicalandchemicalphenomena．Thein
7、teractionofhighpowerlaserbeamwit}lthetargetmaterialsisacomplex，muti—dimensionalandmuff-parametersystem．Atpowerdensityoftheorderof106W／cm2typicallyusedindeeppenetrationwelding，theirradiatedsurfacebecomesmoltenandsubsequentlyvaporizesformingacavityknownaskeyholefilledwit
8、hlaser-inducedplasma．Theweldingperformanceisstronglydeterminedbythebehaviorofthelaser-inducedplasmaandthevariousenerg
