激光+GMAW复合热源焊熔池流体流动的数值分析

金属学报, 2015, 51(6): 713-723. doi: 10.11900/0412.1961.2014.00464

激光+GMAW复合热源焊熔池流体流动的数值分析

1.江苏科技大学江苏省先进焊接技术重点实验室,镇江,212003

2.江苏科技大学江苏省先进焊接技术重点实验室,镇江,212003

3.江苏科技大学江苏省先进焊接技术重点实验室,镇江,212003

4.山东电力研究院,济南,250002

基金项目: 国家自然科学基金项目51105182和江苏省先进焊接技术重点实验室开放基金项目10622010101资助 Supported by National Natural Science Foundation of China (No.51105182) and Open Fund for Jiangsu Provincial Key Laboratory for Advanced Welding Technology (No.10622010101)

关键词：复合焊 , 熔池 , 流体流动 , 小孔 , 数值模拟

NUMERICAL ANALYSIS OF FLUID FLOW IN LASER+ GMAW HYBRID WELDING

Keywords： hybrid welding , weld pool , fluid flow , keyhole , numerical simulation

考虑熔滴和小孔对熔池的影响,建立了基于FLUENT软件的激光+熔化极电弧(GMAW)复合热源焊三维瞬态熔池流体流动数值分析模型.利用双椭球体热源描述电弧热输入,将激光热输入视为热流峰值可调节的双曲线旋转体热源,其热源分布参数通过简化的小孔形状尺寸模型确定;将熔滴过渡过程视为从熔池上部特定区域流入熔池高温液态金属的过程,并通过建立液态金属流速对时间的周期函数表征熔滴过渡频率;将小孔视为由激光致蒸汽反作用力引起的熔池表面变形,以简化计算过程,重点考虑小孔的存在对熔池流体流态的主要影响.利用所建模型对不同焊接条件下的激光+GMAW复合热源焊小孔形态、熔池流体流动和温度场进行模拟计算,分析了激光+GMAW复合热源焊流场特征,探讨了激光功率对复合焊熔池动态行为的影响规律.结果表明,在1 m/min焊速条件下,GMAW焊(激光功率为0 W)出现驼峰缺陷;当激光功率为500W时,驼峰缺陷消失,但熔池中无小孔产生,且流体流动模式与GMAW焊相近;而当激光功率增至2000w,熔池中出现小孔,使得流体流动模式更为复杂.将焊缝横断面形状尺寸的计算结果与实验结果进行比较,2者吻合较好,从而证明了模型的准确性和适用性.

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