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304不锈钢激光焊接的建模与仿真

李建强  
【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,通过对试验数据的统计检验,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。


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