铝合金低频振荡扫描激光焊接数值模拟与试验研究

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1、学校代号10532学号S1502W0267分类号TG665密级公开硕士学位论文铝合金低频振荡扫描激光焊接数值模拟与试验研究学位申请人姓名吴思根培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称金湘中教授何艾君高工学科专业物流工程研究方向激光加工技术与装备论文提交日期2018年4月20日学校代号：10532学号：S1502W0267密级：公开湖南大学工程硕士学位论文铝合金低频振荡扫描激光焊接数值模拟与试验研究学位申请人姓名：吴思根导师姓名及职称：金湘中教授何艾君高工培养单位：机械与运载工程学院专业名称：物流工程论文提交日期：2018年4月20日论文答辩日期

2、：2018年5月19日答辩委员会主席：尹韶辉教授NumericalSimulationandExperimentalStudyonLow-frequencyLaserOscillationWeldingofAluminumAlloybyWUSigenB.E.(NanchangHangkongUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinLogisticsEngineeringinthe

3、GraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorJINXiangzhongSeniorEngineerHEAijunMay,2018铝合金低频振荡扫描激光焊接数值模拟和试验研究摘要低频振荡扫描激光焊接技术是在传统激光焊接技术的基础上改良而来。传统激光焊接铝合金技术虽然经过近三十年的发展但由于铝合金的独特性，激光焊接在铝及其合金上的应用仍然存在着很多问题，比如焊接过程不平稳，缺陷（焊缝气孔、裂纹、塌陷）多且常见，接头强度不理想等。对比看来，振荡扫描激光焊接得到的铝合金焊缝成形良好并且综合性能有所

4、提高。而且，振荡扫描激光焊接技术在保持激光焊接的热影响区窄、能量密度集中、变形小等原有优点的基础上，进一步通过激光束振荡，增大能量的作用区域，减小激光对工件装夹精度的要求。使焊接工艺适应现代工业的需求，焊接更加可靠。但由于振荡扫描激光焊接技术刚起步不久，工艺仍然不够成熟，目前针对振荡扫描激光焊接的模拟及试验研究较少。为此，本文针对2mm7075-T6铝合金薄板进行数值模拟与试验研究。首先，建立了7075-T6铝合金低频振荡扫描激光焊接传热模型。应用ANSYS软件对焊接过程进行了数值模拟，得到焊接温度场。对比相同激光功率和焊接速度下传统激光焊接和

5、振荡扫描焊接得到的温度场，发现后者峰值温度相比前者有所降低。前者峰值温度随时间变化特点是连续上升直至达到准稳态峰值温度便趋于稳定，后者则随时间波动上升，且规律性下降一定值后继续上升，达到准稳态时峰值温度也处于稳定状态。此外后者升温速率较前者也有所降低。随后，研究了激光振荡频率、振荡幅度、激光功率和焊接速度对焊接温度场的影响，为工艺参数确定了一个合适范围。其次，进行了7075-T6铝合金低频扫描激光对接焊试验，深入研究了Ar气流量、激光振荡频率、振荡幅度、激光功率和焊接速度如何影响焊缝成形。在分别控制其他工艺参数不变的条件下，激光功率为1500W

6、，焊接速度为1400mm/min，激光振荡频率为10Hz，振荡幅度为0.5mm时，焊缝成形最佳。进行了基于正交试验的拉伸强度试验，分析得到抗拉强度最佳的工艺参数组合，且该工艺参数组合下的焊件接头强度为369.85MPa。对比观察了相同激光功率和焊接速度下传统激光焊接和振荡扫描激光焊接得到的焊缝金相组织，焊缝区组织晶粒是细小的等轴晶，熔合区区域金相组织晶粒也较为细小，前者熔合区区域的晶粒都沿垂直于熔合线的方向生长，而后者熔合线区域晶粒生长方向杂乱不单一，且晶粒较前者更为细化。最后，分析模拟得到的熔池宽度及熔合线轮廓与试验结果基本吻合。验证了本文所

7、建立的低频振荡扫描激光焊接传热模型的正确性。II工程硕士学位论文关键词：数值模拟；振荡扫描;激光焊接；抗拉强度；金相组织III铝合金低频振荡扫描激光焊接数值模拟和试验研究AbstractThelow-frequencyoscillationlaserweldingtechnologyisimprovedonthebasisoftraditionallaserweldingtechnology.Althoughthetraditionallaserweldingtechnologyhasbeendevelopedfornearlythirtyye

8、ars,therearestillmanyproblemsintheapplicationoflaserweldingonaluminumandits