304不锈钢激光焊接的建模与仿真

《304不锈钢激光焊接的建模与仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要大功率激光焊接因其优异的焊接质量而在工业中得到广泛的应用。深熔激光焊接过程中包含了一系列复杂的物理、化学反应现象，表现出快速、复杂、多维、多参数影响的特点。聚焦激光束功率密度高(≥106w／cm2)，被焊接材料在极短的时间内熔化、气化、甚至蒸发，从而形成小孔，并出现激光诱导的光致等离子体；这些都影响着激光的吸收和散射。迄今为止，还没有能够适应实际激光焊接生产的数学模型。本文在304不锈钢的激光焊深熔焊中，首先采用二次通用旋转回归设计方法设计了试验方案，通过对试验数掘的统计检验，求出了置信度较高的以功率、速度和离焦量为因子的熔池形状回归方程。通过相关性分析，揭示了各个因子及其交互作用对熔池形

2、状的影响规律；并进一步利用MATLAB优化工具包建立了优化模型，获得了一定熔宽条件下，得到最大熔深的工艺参数。最后利用ANSYS软件对304不锈钢激光焊接的温度场进行了动态模拟；根据激光特点，建立了组合体的热源模型，针对激光焊接过程中高度非线性、光斑面积非常小的特点，采取了过渡单元建模，逐步加载、求解的措施。为了保证根据坐标来选取节点的精确性，在加载过程中采用了余量控制法。熔池形状的模拟结果与试验结果基本吻合。关键词：激光焊接温度场：焊缝成型仿真；工艺参数优化；建模AbstractHighpowerlaserweldinghasbeenwidelyusedintheindustryduetoi

3、tshighproductivityandexcellentweldquality．Theinteractionbetweentargetmaterialandthehighpowerlaserbeamisacomplex，multi—dimensional，andmulti-parametersystem．WhenthepowerdensitiesaregreaterthanOrequaltotheorder100／cm2thetargetmaterialsaretypicallyusedindeeppenetrationwelding，theirradiatedsurfaceismolte

4、nandsubsequentlyvaporizedtoformacavityknownaskeyholefilledwiththelaser—inducedplasma．Thissystemischaracterizedbyregionswithdifferentphysicalprocesses，suchasphaseschanging，fluidflowingandsolidification．Simultaneousoccurrenceofmelting，vaporization，solidificationistheheartofthelaserbeamweldingprocess．A

5、llofthesephenomenainfluencetheabsorbandreflectionofthelaser．Uptonowthereislackofasuitablemathematicmodelthatmightbemeetthegenerallaserweldprocess．Anexperimentaldesignschemebyusingstainlesssteel304wascarriedoutbythemethodofsecondarygeneralrotaryregressioninthisarticlefirstly．Thenahighconfidenceregres

6、sionequationwhichusespower,velocityanddefocusmagnitudeasparameterswasachievedbyanalyzingtheexperimentdatawithstatisticmethods．TheregularitybetweentheparametersandtheshapeofweldinglineWasrevealedbycorrelationanalysis．Subsequently,withtheMATLABoptimizationtoolbox，anoptimizedmodelwascreatedandthebestva

7、lueofeveryparametercouldbecalculatedtoobtainthebiggestpenetrationdepthwhenthepenetrationwidthisfixed．Finally,thetemperaturefieldoflaserweldingbasedonstainlesssteel304wasdynamicallysimulatedwiththeFEAs