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1、碩士學位論文鋁合金擺動激光焊熔池熱場與流場研究STUDYONTEMPERATUREFIELDANDFLOWFIELDOFALUMINUMALLOYOSCILLATINGLASERWELDINGMOLTENPOOL郝雨哈爾濱工業(yè)大學2018年6月國內圖書分類號：TG456.7學校代碼：10213國際圖書分類號：621.791密級：公開工程碩士學位論文鋁合金擺動激光焊熔池熱場與流場研究碩士研究生：郝雨導師：陶汪副教授申請學位：工程碩士學科：材料工程所在單位：材料科學與工程學院答辯日期：2018年6月授予學位單位：哈
2、爾濱工業(yè)大學ClassifiedIndex:TG456.7U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTEMPERATUREFIELDANDFLOWFIELDOFALUMINUMALLOYOSCILLATINGLASERWELDINGMOLTENPOOLCandidate:HaoYuSupervisor:AssociateProf.TaowangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineerin
3、gSpeciality:MaterialsEngineeringAffiliation:SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文摘要鋁合金激光焊接易出現(xiàn)焊縫成形不良、氣孔等問題，一直被看做為激光焊接中可焊性不好的材料。隨著光束成形技術的發(fā)展，擺動激光焊技術越來越成熟，為解決這些問題，通過光
4、束擺動可通過增大熱源作用面積、增強對熔池的攪拌作用，在較大程度上改善上述問題。目前對于擺動激光焊接的研究工作主要集中在焊接工藝方面，對于其在熔池傳熱傳質相關機理方面的研究鮮有報道。本文針對擺動激光自熔、填絲焊接方法，基于Flow3D數(shù)值模擬平臺對擺動激光焊接過程的熔池熱場與流場特性進行數(shù)值模擬，為工藝優(yōu)化與焊縫組織性能的調控提供理論依據(jù)。本文以5A06鋁合金為材料，建立激光擺動焊的熱流耦合模型，采用trueVOF方法追蹤熔池自由表面，并考慮反沖壓力、表面張力和浮力等力的作用。首先對比分析了當光束常規(guī)移動、垂直擺
5、動、圓形擺動等不同路徑時，焊接熔池的熱場和流場特點，并結合試驗結果，證明了采用圓形擺動路徑可以獲得流動性更好的焊接熔池，獲得較優(yōu)的焊縫成形和較低氣孔率。進一步，基于光束圓形擺動焊接方法，通過數(shù)值模擬與試驗結果的結合，系統(tǒng)研究了擺動幅值、擺動頻率和焊接速度等參數(shù)對熔池熱場流場及焊縫形貌、氣孔率的影響規(guī)律。研究結果表明，隨擺動幅度增大，熔池深寬比明顯減小，熔池穩(wěn)定性增強；隨擺動頻率增大，熔池內部液體流動方向將發(fā)生較大變化，熔池內部主要渦流從水平向垂直方向變化，焊縫表面成形更好，氣孔率明顯降低；擺動焊條件下，提高焊接
6、速度，會減小熔池深度和寬度，但對焊縫氣孔率影響不大。最后，本文建立了擺動激光填絲焊接的熱流耦合計算模型，將焊絲的填入過程擬合為計算域的動量源項，分析了焊絲填入對于熔池熱場、流場的影響，及其相對于常規(guī)激光填絲焊接的變化，并進一步研究了送絲速度對擺動激光填絲焊接熔池特性的影響規(guī)律。結果表明，隨送絲速度的增大，熔池中對流現(xiàn)象逐漸減少，熔池穩(wěn)定性提高。關鍵詞：鋁合金；擺動激光焊接；激光填絲焊；溫度場；流場-I-哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文AbstractAluminumalloylaserweldingisprone
7、toproblemssuchaspoorweldformation,porosity,etc.Ithasbeenregardedasapoorweldablematerialinlaserwelding.Withthedevelopmentofbeamformingtechnology,theoscillatinglaserweldingtechnologyhasbecomemoreandmoremature.Inordertosolvetheseproblems,theaboveproblemscanbeim
8、provedtoagreatextentbyincreasingtheareaoftheheatsourceandenhancingthestirringeffectonthemoltenpoolthroughbeamoscillation.Atpresent,theresearchworkontheoscillatinglaserweldingismainlyfocusedonthe
