激光-GMAW復(fù)合熱源焊接熔池-小孔行為分析*

（山東大學(xué)材料連接技術(shù)研究所， 濟(jì)南 250061）

激光-GMAW復(fù)合熱源焊接，將激光焊和GMAW工藝的優(yōu)點(diǎn)集成于一體并克服彼此的缺點(diǎn)，通過電弧與激光相互作用的協(xié)同效應(yīng)，產(chǎn)生“1+1＞2”的工藝效果。復(fù)合熱源焊接為高性能金屬材料的優(yōu)質(zhì)、高效焊接制造開辟了一條新的路徑[1-2]。復(fù)合熱源焊接過程中小孔與熔池的動(dòng)態(tài)行為，決定了焊接過程的穩(wěn)定性和焊縫的質(zhì)量。因此，建立復(fù)合熱源焊接的數(shù)理模型，通過數(shù)值模擬的方法定量分析焊接過程中熔池與小孔的動(dòng)態(tài)演變過程，對(duì)于優(yōu)化工藝參數(shù)、深入理解復(fù)合熱源焊接的工藝機(jī)理有著重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。

近年來，國內(nèi)外研究者在深入理解激光-GMAW復(fù)合熱源焊接工藝機(jī)制方面開展了一些研究。胥國祥等[3-5]通過建立組合式體積熱源模型，對(duì)復(fù)合熱源焊接溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，可以預(yù)測(cè)不同焊接工藝條件下的焊縫形狀與尺寸。但沒有考慮熔池內(nèi)的流體流動(dòng)和小孔的動(dòng)態(tài)行為。Zhou和Tsai[6]建立了一個(gè)復(fù)合熱源焊接模型，考慮了流體流動(dòng)、壓力平衡、激光多次反射以及熔池表面變形等因素，將蒸發(fā)反作用力視為維持小孔的主要?jiǎng)恿Γ捎糜谀M小孔的形成與閉合過程以及焊接的溫度場(chǎng)流場(chǎng)的變化。但模型認(rèn)為小孔內(nèi)壓強(qiáng)為常數(shù)并近似為大氣壓強(qiáng)，因此只適用于小功率激光的焊接。Cho和Na[7]通過考慮壓力平衡、Fresnel吸收、激光的多次反射等因素，建立了激光+GMAW復(fù)合焊接的數(shù)理模型，利用Flow-3D商業(yè)軟件以及VOF界面追蹤法模擬熔池-小孔的動(dòng)態(tài)演變。……