论文研究 - 预测低碳镀锌钢激光堆焊焊缝几何特征的三维数值模型

激光焊接（LW）成为最经济的高质量连接工艺之一。 LW的优点是热量输入受到严格控制，导致变形低，并且能够焊接热敏感部件。 为了有效地利用LW带来的好处，有必要开发一种集成方法来识别和控制焊接工艺变量，以产生所需的焊接特性，而不必强迫使用传统且严格的试验和错误程序。 本文利用3D数值建模和实验验证，对低碳镀锌钢激光搭接焊的焊缝几何特征预测进行了研究。 与温度有关的材料特性，冶金转变和焓方法构成了所提出的建模方法的基础。 采用自适应3D热源来模拟LW过程的锁孔和传导模式。 使用商业软件上的3D有限元模型进行仿真。 该模型用于估算各种LW参数（例如激光功率，焊接速度和激光束直径）的焊缝几何特性。 3D数值模型的校准和验证基于使用3 kW Nd：Yag激光系统获得的实验数据，结构化的实验设计和经过确认的统计分析工具。 结果表明，该建模方法不仅可以为可变的焊接参数和条件下的焊接特性提供一致且准确的预测，而且还可以对过程参数对焊接质量的影响进行全面而定量的分析。 结果表明，焊缝几何形状特性的预测值和测量值之间具有很高的一致性，例如熔深，顶部表面的焊缝宽度和薄板之间的界面处的焊缝宽度，平均精度大于9