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一种稳恒磁控激光焊接过程热-流-电磁耦合建模方法


技术摘要:
本发明公开了一种稳恒磁控激光焊接过程热‑流‑电磁耦合建模方法,属于焊接过程数值模拟技术领域,主要用于稳恒磁场环境下金属激光焊接过程熔池动力学计算,动态再现熔池的传热与流动行为。该方法构建了耦合洛伦兹力的N‑S方程,耦合焦耳热的能量方程,以及适用于导电  全部
背景技术:
激光深熔焊接具有能量集中、焊缝深宽比大、热影响区窄、晶粒组织细化、焊接效 率高等优点,代表了铝合金熔焊工艺的未来发展方向。近年来,铝合金激光焊接技术正逐步 应用于全铝结构轿车、高速列车、民用飞机、运载火箭等领域,有效解决了5mm厚度以下大型 薄壁结构件的连接加工问题。 对于6~20mm的铝合金中厚板构件,受材料属性与工艺适应性的影响,其激光焊接 技术离实际生产应用还存在较大距离,主要问题集中在成形方面:焊接过程熔池近表面存 在剧烈液态金属对流,熔池动力学稳定性较差,导致严重的焊接飞溅、驼峰等缺陷产生;激 光热输入的空间分布不均匀性形成高曲率熔合线,造成焊缝表面残余应力集中、热裂纹敏 感以及结晶取向一致性差等问题,从而影响焊接构件的关键力学性能指标。 采用外加稳恒磁场辅助激光焊接过程能够有效控制熔池的动力学行为,改变熔池 的热、流分布,进而调控焊缝成形,改善接头力学性能,具有非接触性、高灵活性、高效性及 低成本等优势。近年来,铝合金中厚板磁控激光焊接技术引起了学术界的广泛关注,但是, 由于焊接过程的高度非线性、多物理场耦合性且实时可达性较差,采用传统理论推演与实 验测量的方法难以定量、准确描述磁场的作用机理与影响规律。通过构建合理的物理及数 学模型,开展磁控激光焊接过程动力学数值模拟,能够再现焊接熔池的对流与传热行为,揭 示磁场的影响机理及规律,定量预测焊接接头的成形情况,从而指导磁控工艺参数的科学 定制与优化。
技术实现要素:
针对
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