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不等厚板双光束激光焊接温度场及应力应变场分析

张新戈  
【摘要】: 不等厚板激光焊接技术在汽车制造中的应用,有效地降低了车身重量,节约了生产成本。采用双光束激光焊接不等厚板,可以解决单束激光焊接适应性差的问题,焊接过程稳定,可以显著提高焊接质量。本文在分析前期工艺试验结果的基础上,采用有限元法对焊接温度场及应力应变场的产生和分布进行数值模拟计算。 首先,深入分析激光深熔焊的传热机制,研究不等厚板双光束激光焊的物理特性,确定间距为0.6mm的双光束激光焊接过程中,在同一个熔池中形成两个独立的匙孔,两个匙孔在开口处连在一起,等离子体比较稳定,根部直径在1~2mm。为此,本文建立了一面热源+两体热源的热源模型,即工件上方的等离子体用面热源来模拟,熔池中的匙孔传热采用两个圆柱体热源来模拟。考虑了材料的物理性能参数随温度的变化、对流和辐射传热以及相变潜热,通过假设和对模型的简化,建立了温度场数值计算的有限元模型。 基于有限元软件ANSYS平台,编写APDL子程序来实现移动热源的加载,研究不等厚板双光束激光焊接温度场分布情况。通过对计算获得的熔合线和实际焊缝对比,验证了模型的准确性。在研究焊缝对成形性能影响规律的基础上,计算了不同光束排布方式和作用位置下的焊接温度场分布及其对焊缝宽度的影响,分析了热源作用原理,优化工艺参数,降低熔宽,以满足拼焊板技术的要求,为实际生产提供理论依据。 建立了不等厚板双光束激光焊接应力应变场数学模型,采用温度场和应力场耦合分析。在计算中过程中,考虑了网格的疏密过渡以及材料性能参数随温度变化。针对确定的优化工艺:光束成45?排布,能量比为2:1,大能量光束在焊缝中心,小能量位于厚板,着重计算分析其焊接过程中的应力应变演变情况,以及残余应力和残余应变的分布规律。


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