蘇純，陳志偉

(1.常州工學(xué)院機(jī)械與車(chē)輛工程學(xué)院，江蘇常州213032;2.常州工學(xué)院，江蘇常州213032)

6061-T6鋁合金光纖激光焊接的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)

蘇純1，陳志偉2

(1.常州工學(xué)院機(jī)械與車(chē)輛工程學(xué)院，江蘇常州213032;2.常州工學(xué)院，江蘇常州213032)

為了解決鋁合金對(duì)接接頭光纖激光焊的質(zhì)量問(wèn)題，采用熱彈塑性有限元技術(shù)模擬焊接過(guò)程中的試樣溫度和應(yīng)力變化，研究試樣瞬態(tài)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)變化規(guī)律及其分布特征，探討激光功率和焊接速度對(duì)焊接質(zhì)量的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)采用的激光焊接系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)快速預(yù)熱并在充滿(mǎn)氮?dú)獾拿芊馇恢型瓿珊附舆^(guò)程。實(shí)驗(yàn)選取數(shù)值模擬確定的激光功率和焊接速度值，焊接完成2 mm厚6061-T6鋁合金板對(duì)接接頭。光纖激光焊接頭的上下表面焊縫形貌平整連續(xù)，拉伸疲勞斷口位于焊縫一側(cè)的熱影響區(qū)(HAZ)。模擬結(jié)果為光纖激光焊的機(jī)理研究和優(yōu)化光纖激光焊接工藝提供了支持。

激光技術(shù)；鋁合金；光纖激光器；數(shù)值模擬；焊接工藝參數(shù)；激光焊接系統(tǒng)；疲勞斷口

鋁合金具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)，一直是制造航空器的常用材料，近年來(lái)逐漸應(yīng)用于制造汽車(chē)零部件，成為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的重要途徑之一[1-2]。通常焊縫及熱影響區(qū)是鋁合金焊件的薄弱區(qū)域，容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂和應(yīng)力循環(huán)疲勞破裂。這是由于焊接熱影響區(qū)的存在，材料在殘余拉應(yīng)力作用下有形成晶間裂紋的傾向，同時(shí)焊接變形造成應(yīng)力集中也易形成裂紋源[3-4]。因此，鋁合金焊接應(yīng)采用有效的焊接方法并合理控制工藝參數(shù)，盡可能減少殘余拉應(yīng)力和焊接變形。

光纖傳輸激光焊接是將高能量密度的激光束耦合進(jìn)入光纖，遠(yuǎn)距離傳輸后，通過(guò)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直為平行光,再聚焦于工件上實(shí)施焊接[5]。這種焊接方式采用柔性傳輸非接觸焊接，可以焊接工件上難以接近的部位，還可實(shí)現(xiàn)多光束同時(shí)加工，靈活性好。相比CO2激光焊接，光纖傳輸激光焊機(jī)使用光纜而不需要轉(zhuǎn)動(dòng)鏡子，使光束傳導(dǎo)更為簡(jiǎn)單，而且對(duì)于良導(dǎo)體，例如鋁合金，激光能量被金屬吸收得更多，被焊接熔池上形成的等離子體吸收得更少。與大功率Nd：YAG激光器相比，光纖傳輸可以使激光光束徑向尺寸接近衍射極限——理論上可能的最小聚焦尺寸，這意味著激光光束可以根據(jù)需要聚焦為更小的尺寸，達(dá)到更高的功率密度。在相同功率下使用光纖傳輸激光焊機(jī)可以獲得比其他激光光源更高的熔深和更快的焊接速度，實(shí)現(xiàn)更為穩(wěn)定的焊接過(guò)程。

但是，采用光纖傳輸激光焊接鋁合金薄板時(shí)，由于局部快速加熱和隨后冷卻過(guò)程易產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力和焊接裂紋，在很大程度上影響焊件的質(zhì)量和精度。采用數(shù)值模擬方法對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行仿真，能夠模擬焊接過(guò)程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，有效預(yù)測(cè)焊后接頭應(yīng)力分布，目前該方法已在焊接研究和設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)[6—8]借助ANSYS、ABAQUS、MSC.Marc等大型有限元分析軟件對(duì)激光焊接加工過(guò)程的溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。文獻(xiàn)[9]和[10]分別對(duì)鋁合金薄板激光焊和TIG焊進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)，研究焊接過(guò)程中的殘余應(yīng)力分布規(guī)律，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)起到了很好的指導(dǎo)作用。已有的研究表明，激光焊接質(zhì)量不由單個(gè)參數(shù)控制，而是通過(guò)一系列激光參數(shù)和加工參數(shù)的組合來(lái)對(duì)焊縫質(zhì)量施加影響。然而，通過(guò)分析焊接過(guò)程的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)實(shí)現(xiàn)激光焊接參數(shù)優(yōu)化的研究報(bào)道較罕見(jiàn)，因此，采用有限元手段對(duì)鋁合金薄板接頭光纖激光焊接過(guò)程進(jìn)行模擬，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的優(yōu)化很有必要。

本文采用熱彈塑性有限元技術(shù)，應(yīng)用Simufact.welding軟件對(duì)6061-T6鋁合金薄板對(duì)接接頭的光纖激光焊過(guò)程進(jìn)行模擬，獲得溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)，并對(duì)激光功率和焊接速度對(duì)焊接質(zhì)量的影響進(jìn)行研究。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用了專(zhuān)用焊接系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)快速預(yù)熱并在充滿(mǎn)氮?dú)獾拿芊馇恢型瓿珊附印?/p>

1 光纖激光焊熱力耦合模型建立

1.1幾何模型建立

建立三維實(shí)體模型是光纖激光焊過(guò)程實(shí)體全耦合數(shù)值模擬的基礎(chǔ)。由于Simufact.welding本身不具備三維造型的功能，因此實(shí)體模型在三維軟件UG NX中完成，如圖1 所示。被焊板材為6061-T6鋁合金，規(guī)格為220 mm×40 mm×2 mm，夾具材料采用45鋼。

圖1 光纖激光焊實(shí)體模型

1.2網(wǎng)格劃分

圖2 焊接試樣及夾具的六面體網(wǎng)格模型

將UG中建立的裝配體幾何模型導(dǎo)入HyperMesh軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，需要對(duì)焊接試樣和夾具體分別劃分六面體網(wǎng)格，如圖2。在進(jìn)行殼單元的劃分時(shí)，必須對(duì)不規(guī)則的殼單元進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化,從而確保最后劃分的體單元為六面體。對(duì)網(wǎng)格劃分后的模型需要進(jìn)行連續(xù)性的檢查，對(duì)不連續(xù)的網(wǎng)格進(jìn)行縫合。對(duì)焊縫、熱影響區(qū)采用較密集的網(wǎng)格，相對(duì)遠(yuǎn)離的區(qū)域使用較稀疏的網(wǎng)格。依次將所有零件劃分好網(wǎng)格，并以bdf格式輸出。導(dǎo)出轉(zhuǎn)換過(guò)程中必須將2D殼單元?jiǎng)h除，以體單元的格式進(jìn)行導(dǎo)出并保證體單元為六面體，再將焊接試樣及夾具的網(wǎng)格模型導(dǎo)入Simufact.welding進(jìn)行焊接模擬。

1.3熱源模型及模型參數(shù)的確定

熱源模型不同，它們的熱流密度分布情況不同，激光焊接模擬時(shí)對(duì)熱量的吸收也將產(chǎn)生差異，這將對(duì)激光焊接模擬時(shí)的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生巨大的影響。所以，激光熱源模型的選擇至關(guān)重要，既關(guān)系到能否反映真實(shí)的激光熱源，又影響激光焊接模擬過(guò)程的精度。

模擬時(shí)選用高斯表面與圓柱體恒定熱源相組合的激光熱源模型[11]。在Simufact.welding中定義焊接模式為激光焊后，即可輸入激光能量、焊接速度等相關(guān)參數(shù)定義熱源能量輸入及分布，激光熱源如圖3所示。

圖3 激光熱源模型

1.4焊接過(guò)程模擬

將劃分好的網(wǎng)格導(dǎo)入Simufact.welding軟件中，然后進(jìn)行材料、焊接路徑、熱源、激光焊接參數(shù)、裝夾卸載、作用時(shí)間等的設(shè)置，運(yùn)行計(jì)算得到相關(guān)的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)。Simufact.welding自帶材料庫(kù)中沒(méi)有6061-T6鋁合金材料，因此應(yīng)用Jmatpro軟件完成材料定義并將結(jié)果導(dǎo)入Simufact.welding。

2 溫度場(chǎng)模擬及分析

設(shè)置經(jīng)驗(yàn)參數(shù)激光功率2 300 W，焊接速度3 m/min，離焦量-3 mm，分析激光焊接溫度場(chǎng)的分布情況。取焊接過(guò)程中的四個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)0.2、2、3、4.4 s進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示。

(a)0.2 s的溫度場(chǎng)分布

(b)2 s的溫度場(chǎng)分布

(c)3 s的溫度場(chǎng)分布

(d)4.4 s的溫度場(chǎng)分布圖4 經(jīng)驗(yàn)參數(shù)下焊接過(guò)程溫度場(chǎng)分布

0.2 s時(shí)是激光焊接的剛開(kāi)始階段，當(dāng)激光熱源沿焊縫移動(dòng)時(shí)，鋁合金焊件的溫度上升非?？?，溫度變化比較劇烈，還沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，熔池的范圍比較小，主要聚集在熱源的有效面積內(nèi)，此時(shí)溫度云圖上等溫線的形狀呈橢圓形，中心處最高溫度達(dá)1 563 ℃。

2 s時(shí)正處于激光焊接的中段，焊接溫度已經(jīng)趨向于穩(wěn)定，鋁合金焊接件上溫度云圖等溫線的分布為橢圓形，激光熱源沿焊縫移動(dòng)時(shí)，焊接熱源前面等溫線分布密集，溫度梯度的變化較大，熱源后面等溫線分布較稀疏，溫度梯度的變化較小。熔池范圍逐漸變大，焊接熱影響區(qū)也逐漸變大，沿焊縫向兩端擴(kuò)展，中心處最高溫度可達(dá) 1 654 ℃。

3 s時(shí)仍處于焊接的中間階段，熱源穩(wěn)定向前移動(dòng)，焊接熱影響區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)展，等溫線分布情況大致與2 s 時(shí)相同，焊接熱源的中心溫度正處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.4 s時(shí)是激光焊接過(guò)程的結(jié)束時(shí)刻，各點(diǎn)的溫度跟隨熱源沿焊接方向向前推進(jìn)到焊接件的末端，焊接熱影響區(qū)繼續(xù)擴(kuò)大。

3 應(yīng)力場(chǎng)模擬及分析

溫度場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果是激光焊接有關(guān)應(yīng)力場(chǎng)的有限元分析的基礎(chǔ)。在激光焊接的熱循環(huán)過(guò)程中，熱彈塑性分析法用逐步追蹤熱應(yīng)變的行為來(lái)計(jì)算焊接熱應(yīng)力，求出激光焊接的瞬時(shí)應(yīng)力場(chǎng)。焊接過(guò)程的 1、2、4 s 和4.4 s四個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的瞬時(shí)應(yīng)力場(chǎng)如圖5所示。

(a)1 s的應(yīng)力場(chǎng)分布

(b)2 s的應(yīng)力場(chǎng)分布

(c)4 s的應(yīng)力場(chǎng)分布

(d)4.4 s的應(yīng)力場(chǎng)分布圖5 經(jīng)驗(yàn)參數(shù)下焊接過(guò)程應(yīng)力場(chǎng)分布

結(jié)果可見(jiàn)，焊接過(guò)程中伴隨時(shí)間的推移，焊接試樣上各點(diǎn)的應(yīng)力值的變化十分復(fù)雜。焊縫處由初始的壓應(yīng)力到最終產(chǎn)生了較大的拉應(yīng)力，其最大值達(dá)到了113 MPa，而且焊縫周邊區(qū)域產(chǎn)生了明顯的拉應(yīng)力區(qū)。分析認(rèn)為，激光焊接時(shí)，當(dāng)激光熱源經(jīng)過(guò)焊縫上某一點(diǎn)時(shí)，工件材料受熱膨脹，形成了一個(gè)壓應(yīng)力區(qū)，且該壓應(yīng)力值超過(guò)了該溫度下的材料的屈服極限，從而使材料產(chǎn)生了壓縮塑性變形。當(dāng)激光熱源繼續(xù)向前移動(dòng)時(shí)，該點(diǎn)材料就會(huì)逐漸冷卻下來(lái)，材料的屈服強(qiáng)度又會(huì)漸漸提高，因此在這個(gè)區(qū)域產(chǎn)生了拉應(yīng)力，而且應(yīng)力值漸漸上升。

4 工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的影響

4.1激光功率的影響

激光功率是影響焊接溫度場(chǎng)及焊接質(zhì)量的重要因素。保持焊接速度等加工工藝參數(shù)不變，激光功率設(shè)定為2 000 W，選取焊接過(guò)程中0.2、2、3 s和4.4 s四個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)模擬溫度場(chǎng)，結(jié)果如圖6所示。

(a)0.2 s的溫度場(chǎng)分布

(b)2 s的溫度場(chǎng)分布

(c)3 s的溫度場(chǎng)分布

(d)4.4 s的溫度場(chǎng)分布圖6 激光功率2 000 W的焊接過(guò)程溫度場(chǎng)分布

圖6中激光熱源中心最高溫度僅954 ℃，遠(yuǎn)低于2 300 W激光功率時(shí)熱源中心最高溫度1 654 ℃，很難保證焊透工件。因此，將激光功率調(diào)小至2 000 W是不合適的，故激光功率仍設(shè)定為2 300 W。

4.2焊接速度的影響

當(dāng)激光功率是某一恒定值時(shí)，加大焊接速度會(huì)造成熱輸入能量降低，導(dǎo)致焊縫熔深變小，適當(dāng)減小焊接速度則可以使熔深變大。但是，如果焊接速度太小，焊縫的熔深將不會(huì)變大，而且還會(huì)增大熔寬。其原因主要有：熔池的維持主要依靠金屬元素汽化后形成的蒸氣的反作用力，如果焊接速度太小，熱輸入能量過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致焊縫中的熔化金屬越積越多，并且當(dāng)金屬汽化數(shù)量大量增加時(shí)，焊接區(qū)域溫度的上升幅度也會(huì)很大，同時(shí)對(duì)激光功率的吸收率也得以加強(qiáng)，一旦反作用力不能維持熔池時(shí)，熔池就會(huì)遭到破壞，甚至可能將焊件焊穿。

保持激光功率等加工工藝參數(shù)不變，提高焊接速度至3.2 m/min，模擬得到的溫度場(chǎng)如圖7所示。此時(shí)焊接過(guò)程中熱源溫度最高時(shí)僅達(dá)到879 ℃，遠(yuǎn)未滿(mǎn)足焊透工件的條件。將圖7與圖4比較還可以看出，隨著焊接速度的增大，不僅熔池表面中心的最高溫度降低，溫度場(chǎng)的熱影響區(qū)也相應(yīng)減小。因此選擇激光焊接速度3 m/min更有利于保證良好的焊縫質(zhì)量。

(a)0.2 s的溫度場(chǎng)分布

(b)2 s的溫度場(chǎng)分布

(c)3 s的溫度場(chǎng)分布

(d)4.4 s的溫度場(chǎng)分布

5 實(shí)驗(yàn)

5.1實(shí)驗(yàn)裝置及方法

采用如圖8所示激光焊接系統(tǒng)完成光纖激光焊接實(shí)驗(yàn)。激光器為T(mén)ruDisk6002碟片式激光器，額定功率6 kW，波長(zhǎng)1.06 μm，光纖直徑2 mm。振鏡頭通過(guò)光纖與激光器連接并形成焊接掃描軌跡，透光板為耐高溫透明玻璃板，絕熱槽采用耐高溫玻纖板，加熱座采用導(dǎo)熱性好的銅材制作。密封腔在激光焊接時(shí)注入氮?dú)?，加熱棒通過(guò)工控機(jī)接受熱電偶的反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制對(duì)工件進(jìn)行精確預(yù)熱。

1.工作臺(tái)底座；2.透光板；3.振鏡頭；4.激光束；5.光纖；6.激光器；7.密封腔；8.壓板；9.工控機(jī)；10.絕熱槽；11.加熱座；12.加熱棒；13.鋁合金板；14.熱電偶；15.三維工作臺(tái)。圖8 激光焊接系統(tǒng)示意圖

由于激光焊接屬于定點(diǎn)加熱，因此工件某一點(diǎn)位置的熱輸入量較大并且是一個(gè)快速加熱與冷卻過(guò)程，于是熔池中的氣泡無(wú)法在匙孔閉合前溢出。對(duì)于鋁合金這種低熔點(diǎn)材料來(lái)說(shuō)，激光焊接過(guò)程中材料的燒損量較大，更容易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷，導(dǎo)致焊接過(guò)程的穩(wěn)定性較差。加之鋁合金表面易被氧化，對(duì)激光的反射率很高，導(dǎo)致鋁合金對(duì)激光的吸收率很低，氧化物很難熔化，容易形成夾雜、氣孔等缺陷。采用上述激光焊接系統(tǒng)焊接鋁合金對(duì)接接頭，可以將工件進(jìn)行預(yù)熱，增加熔池存在的時(shí)間，讓焊接過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡能夠排放出來(lái)，并且整個(gè)焊接過(guò)程完全處于氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，可有效消除接頭的激光焊接裂紋與氣孔等缺陷，最終獲得穩(wěn)定性較好的高質(zhì)量焊接接頭。

5.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果分析

焊接實(shí)驗(yàn)過(guò)程包括如下步驟：

1)去除待焊鋁板工件表面氧化膜并用丙酮清洗吹干；

2)將待焊接件裝夾在加熱模塊中并由三維工作臺(tái)移入密封腔；

3)對(duì)工件進(jìn)行快速精確預(yù)熱并向密封腔中注入氮?dú)猓?/p>

4)選取數(shù)值模擬確定的激光功率2 300 W和焊接速度3 m/min，同時(shí)設(shè)定離焦量為-3 mm，通過(guò)振鏡掃描方式對(duì)預(yù)熱工件進(jìn)行激光連續(xù)焊接；

5)關(guān)閉加熱模塊，打開(kāi)密封腔，移出焊接件并冷卻。

焊接完成后得到的6061-T6鋁合金焊接接頭如圖9所示，上下表面焊縫平整連續(xù)。

(a)正面

實(shí)施拉伸疲勞試驗(yàn)評(píng)估光纖激光焊接鋁合金對(duì)焊接頭的疲勞強(qiáng)度，用電火花加工(EDM)切割拉伸試樣，尺寸如圖10所示。

圖10 疲勞試驗(yàn)試樣尺寸示意圖(單位：mm)

疲勞性能測(cè)試在EHF-EG250-40L疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，采用拉拉正弦波載荷譜軸向加載，應(yīng)力水平150 MPa，應(yīng)力比0.1，加載頻率10 Hz。測(cè)得試樣的疲勞壽命均超過(guò)40 000次，疲勞斷裂后的試樣發(fā)生了較明顯的頸縮，斷口位于焊縫一側(cè)的熱影響區(qū)，如圖11所示。

圖11 疲勞試驗(yàn)后試樣外觀

6 結(jié)語(yǔ)

采用有限元軟件Simufact.welding建立溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)分析模型，分析了光纖激光焊接鋁合金對(duì)接接頭的瞬態(tài)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)及其分布特征。分析激光功率、焊接速度對(duì)溫度和應(yīng)力變化的影響，確定了2 mm厚6061-T6鋁合金板對(duì)焊的優(yōu)化工藝參數(shù)。

采用專(zhuān)用激光焊接系統(tǒng)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，獲得了高質(zhì)量的焊接接頭。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了模擬的準(zhǔn)確性，該模擬方法為6061-T6薄板鋁合金光纖激光焊接工藝制訂提供了參考，節(jié)約了生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)成本。

[1]MILLER W S,ZHUANG L,BOTTEMA J,et al.Recent deve-lopment in aluminum alloys for the automotive industry[J].Materials Science and Engineering A,2000(280):37-49.

[2]王冠,周佳,劉志文,等.鋁合金汽車(chē)前碰撞橫梁的輕量化設(shè)計(jì)與碰撞性能分析[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),2012,22(1):90-98.

[3]LIN P C,SU Z M.Failure modes and fatigue life estimations of spot friction welds in cross-tension specimens of aluminum 6061-T6 sheets[J].International Journal of Fatigue,2012(38):25-35.

[4]宮博.鋁及鋁合金中常見(jiàn)的焊接裂紋及其防止措施[J].輕金屬,2012(9):66-70.

[5]李亞江,李嘉寧.激光焊接/切割/熔覆技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2016.

[6]傅冠生,鄭謀錦.Al3003 鋁合金激光脈沖焊溫度場(chǎng)數(shù)值模擬[J].焊接學(xué)報(bào),2014,35( 7 ):83-86.

[7]薛忠明,顧蘭,張彥華.激光焊接溫度場(chǎng)數(shù)值模擬[J].焊接學(xué)報(bào)，2003,24( 2):79- 82.

[8]黃道業(yè).鎂合金脈沖激光焊接溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬[J].熱加工工藝,2013 (13):189- 190.

[9]ZAEEM M A,NAMI M R,KADIVAR M H.Prediction of welding buckling distortion in a thin wall aluminum T joint[J].Computational Materials Science,2007(38):588-594.

[10]ZAIN-UL-ABDEIN M,NELIAS D,JULLIEN J F,et al.Expe-rimental investigation and finite element simulation of laser beam welding induced residual stresses and distortions in thin sheets of AA 6056-T4[J].Materials Science and Engineering A,2010(527):3025-3039.

[11]CHUKKAN J R,VASUDEVAN M,MUTHUKUMARAN S,et al.Simulation of laser butt welding of AISI 316Lstainless steel sheet using various heat sources and experimental validation[J].Journal of Materials Processing Technology,2015(219):48-59.

責(zé)任編輯：楊子立

NumericalSimulationandExperimentonFiberLaserWeldingof6061-T6AluminumAlloy

SUChun1，CHENZhiwei2

(1.School of Mechanical and Vehicle Engineering,Changzhou Institute of Technology,Changzhou213032;2.Changzhou Institute of Technology,Changzhou213032)

To improve the quality of the aluminum alloy butt joint in the process of optical fiber laser welding,thermo-elastic-plastic finite element technology is applied to simulate the temperature and residual stress in the process of welding,to study the laws of transient temperature field and residual stress field changes and distribution,and to probe on the influence of laser power and welding speed on welding quality.The laser welding system can automatically preheat and weld in a sealed cavity filled with nitrogen.In the experiment,the welding is completed on2mm-thick6061-T6aluminum alloy plate butt joints with laser power and welding speed determined by the simulation.The surface of the joints is smooth and continuous.The tensile fatigue fractures are located in the heat affected zone(HAZ) of the welded joints.The results will provide support for the mechanism study and optimization of optical fiber laser welding process.

laser technique;aluminum alloy;fiber laser;numerical simulation;welding parameter;laser welding system;fatigue fracture

10.3969/j.issn.1671- 0436.2017.03.007

2017- 05- 23

江蘇省科學(xué)技術(shù)廳基礎(chǔ)研究計(jì)劃(自然科學(xué)基金)面上研究項(xiàng)目(BK20141166)

蘇純(1972— )，女，博士研究生，副教授。

TG456

：A

：1671- 0436(2017)03- 0031- 07