Numerical simulation of filler metal droplets spreading in laser brazing

A finite element model was constructed using a commercial software Fidap to analyze the Cu-base filler metal droplet spreading process in laser brazing,in which the temperature distribution,droplet geometry, and fluid flow velocity were calculated.Marangoni and buoyancy convection and gravity force were considered,and the effects of laser power and spot size on the spreading process were evaluated.Special attention was focused on the free surface of the droplet,which determines the profile of the brazing spot. The simulated results indicate that surface tension is the dominant flow driving force and laser spot size determines the droplet spreading domain.     

Al合金表面激光-钨极氩弧复合熔注WC颗粒研究

针对铝合金激光熔注(LMI)工艺过程中对激光反射率高、表面存在氧化膜且导热率高等主要问题,开发了激光-钨极氩弧(TIG)复合熔注工艺.研究了激光-TIG复合方式,送粉方式,送粉载气流,TIG保护气流,激光功率,TIG电流等工艺参数的影响.研究发现,为实现有效的熔注强化效果,应选择后送粉方式;熔注层深度随TIG电流增加单调增加,随激光功率增加熔注层深度呈先增后降.送粉载气和TIG保护气相互匹配,是影响熔注工艺的关键因素.通过工艺参数匹配和优化,成功制备了WCp/A1表面复合材料层.熔注层厚度为0.5～4.3 mm,深度可根据需要通过合理调节工艺参数来控制.     

激光熔注WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层形成机制

采用激光熔注(LMI)技术在Ti-6Al-4V表面制备了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料(MMC)层,对其形成机制进行了研究.研究结果表明,WC颗粒在复合材料层中的分布与其初始速度v0、穿越熔池表面最小临界速度vmin以及熔池粘度η有关.由于WC陶瓷颗粒密度大,在激光熔注过程中具有较高的动能,熔池粘度不再是决定梯度复合材料层形成的关键因素.对于WC/Ti材料体系,熔池凝固前沿是形成WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层的重要因素,复合材料层不同深度范围内WC颗粒的数量由这一深度熔池凝同前沿长度所决定.WC颗粒注入位置对其在复合材料层中的分布有很大影响.在WC颗粒由熔池后部"拖尾"注入的情况下,该区域熔池深度较浅,WC颗粒遇到的熔池凝固前沿位于较高的位置,大多数WC颗粒被"冻结"在复合材料层的上部,进而形成了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层.     

矩形光斑钛/铝异种合金激光熔钎焊

为提高焊接过程的稳定性,拓展最佳的工艺参数范围,采用能量均匀分布的矩形光斑对V形及Y形坡口的钛/铝异种合金进行激光熔钎焊(LWB),获得了在不同线能量条件下的界面微观组织及接头的力学性能.采用扫描电镜(SEM)及金相显微镜对接头界面的微观组织进行观察,结果发现,界面反应层厚度依赖于焊接线能量大小,并且从接头的上部到下部逐渐变薄;界面反应层厚度的不均匀分布对接头的力学性能有很大影响.根据抗拉强度测试的结果发现Y形坡口的焊接接头存在着混合型断裂、焊缝处断裂和界面处断裂三种断裂模式,而V形坡口的焊接接头存在着焊缝处断裂和界面处断裂两种断裂模式;接头的最高抗拉强度为290 MPa,可达铝母材的80%以上.     

激光弯曲成形温度场的有限元数值模拟

激光成形技术是以激光为热源加热金属板料,依靠内应力使板料弯曲成形。研究激光成形过程中弯曲角与各影响参数之间的关系,了解板料内部温度场的分布规律是尤为重要的。本文应用有限元方法对不同热源形式、激光参数、板料尺寸及冷却条件下的三维瞬态温度场进行了数值模拟,分析了各因素对激光成形温度场的影响特性,为进一步的应力应变分析打下基础。     

铝钛异种合金的激光熔钎焊

提出了一种连接Al/Ti异种合金的新工艺，即采用激光为热源，AlSi12为填充材料，实现了Ti-6Al-4V钛合金和LF6铝合金的激光熔钎焊连接。激光熔钎焊是一种局部加热焊接过程，通过调整激光加热参数，控制填充材料的润湿铺展及界面金属间化合物的形态和数量，从而控制接头质量。在实验过程中，填充焊丝实时送入，通过改变激光功率、间隙大小、光斑尺寸、焊接速度、送丝速度、激光辐照位置等工艺参数，以获得对接头的不同加热效果。研究了不同参数下的钎缝成形规律、接头界面特点及接头拉伸强度。结果表明，采用激光熔钎焊工艺连接Al/Ti异种合金可以获得成形良好、强度较高的接头，但焊接过程对工艺参数要求严格;接头厚度方向不同位置的界面金属间化合物的厚度和形态各不相同;热输入较低情况下，钎料与钛合金材料作用不充分，接头易从界面处断裂;热输入较高时，接头容易从铝合金侧熔合区附近断裂。     

不同激光热源模式下薄板弯曲特性数值模拟

利用非线性有限元分析软件,建立了纯铝薄板激光成形过程的三维弹塑性热力耦合有限元模型.选择等面积的圆形、方形、矩形1/4和矩形4/1光斑激光热源模式(矩形1/4和4/1表示激光光斑沿着光束扫描方向尺寸与垂直光束扫描方向尺寸的比例分别为1∶4和4∶1),对不同激光热源模式下的板材弯曲特性进行了数值模拟计算,并分析了各种热源模式作用下板材温度场、位移场和应力应变场的特点.结果表明,在扫描过程中,圆形光斑热源模式获得了最高的峰值温度和上下表面温度差;而矩形1/4激光热源模式获得了最大的高温区作用宽度.矩形1/4激光热源模式产生了最大的塑性区宽度及上下表面总塑性应变差,因此获得了最大的弯曲角,内部残余应力最低.     

高体积分数SiCp/2024Al基复合材料添加Ti-6Al-4V中间层激光焊接特性

高体积分数SiCp/2024Al基复合材料由于大量增强相颗粒的存在,在熔化焊接过程中Al基体极易与SiC颗粒反应,生成Al4C3金属间化合物,严重降低焊缝的力学性能。以Ti-6Al-4V金属薄片作为中间层填充材料,采用氩气作为保护气体,对SiC体积分数为45%的SiCp/Al基复合材料进行激光焊接,分析SiCp/Al基复合材料的焊接特性。结果表明,填充钛合金材料进行CO2激光焊接时接头组织致密,结合较好,在焊缝组织中获得了以Ti3Al为基体、Ti5Si3和TiC等反应产物为增强相的焊缝组织,所获得的最高抗拉强度为母材的50%左右。     

GH99高温合金环形和C形激光焊接对比研究

发动机火焰筒主要材料为GH99高温合金,其传统焊接方法为电阻点焊。为提高焊接效率,减少机加工序以及焊接缺陷,对比研究了两种激光焊接方式(环形和C形焊),从焊缝成形、微观组织、力学性能等方面揭示激光焊接替代电阻焊的可行性。此外,利用有限元方式,对接头局部和整体构件的焊后应力分布及变形情况进行分析。结果表明,两种焊接方式均能获得良好的焊缝成形,接头性能较原有的电阻焊接头分别高出15.4%和22.1%。有限元计算结果显示C形焊后局部和整体的应力及变形较小。     

铝合金激光点焊工艺特性研究

以LF6铝合金作为实验材料,采用搭接的方式进行激光点焊实验,研究了激光功率、点焊持续时间对点焊过程和焊点尺寸的影响规律.实验结果表明:激光功率较低时,形成的焊点尺寸有较大差异,点焊过程受工件表面状态的影响而存在不稳定性;激光功率较大时,容易引起等离子体的膨胀,导致到达工件表面的能量大大减低.激光功率主要影响焊点的熔透状...