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原文传递铝合金—镀锌钢激光熔钎焊数值模拟及工艺参数优化

论文题名：	铝合金—镀锌钢激光熔钎焊数值模拟及工艺参数优化
关键词：	汽车车身;激光熔钎焊;金属合金;BP神经网络;数值模拟;工艺参数
摘要：	使用轻质材料实现汽车减重的同时，必然涉及到钢/铝异种金属的连接。由于钢/铝固溶度低，物理、化学性能差异明显，FeAl脆性金属间化合物易生成并影响接头性能，而激光熔钎焊工艺使铝熔化，而钢母材不熔化或少量熔化，依靠液态铝在钢母材上良好的铺展性和液态铝和固态钢板相接触的熔池区域发生的热扩散作用，来实现熔池凝固时形成良好的焊接接头，激光熔钎焊成为抑制或减少FeAl脆性金属间化合物产生最有效的工艺方法。　　本文以汽车车身用6016铝合金与镀锌钢为研究对象，采用数值模拟技术研究了激光熔钎焊条件下工艺参数的改变对熔池形状、焊接熔深的影响，探索了基于人工神经网络优化激光熔钎焊工艺参数的方法，开展了铝/钢激光熔钎焊的验证试验，并对焊缝形貌、焊接接头各区域的金相组织、显微硬度、主要元素分布与物相组成等进行了分析，研究结果期望为激光焊接多材料车身结构提供重要的理论指导和技术支持。　　建立了铝/钢激光熔钎焊熔池形状的数学模型，根据熔池形状准稳态控制方程，在MATLAB软件平台下编写了计算程序，采用固/液相界面的轮廓表征了焊接时的熔池形状，基于激光熔钎焊时焊接熔池固/液相界面和气/液相界面轮廓形状的计算，获得了熔池的几何形状分布，研究了工艺参数的改变对熔池形状的影响。　　建立了铝/钢激光熔钎焊温度场的数值计算模型，采用小步距跳跃式的移动热源模拟激光束的连续照射，编写VC++程序语言，在ProCAST商业软件中加载自定义的外加平面分布的高斯激光热源模型，基于激光熔钎焊试样的温度场计算，获得了不同工艺参数条件下的焊接熔深，研究了工艺参数的改变对焊接熔深的影响。　　依据BP神经网络优化理论，设计正交模拟实验，利用不同工艺参数组合下的焊接熔深数据作为训练样本，对BP神经网络进行训练计算，建立了激光熔钎焊条件下焊接功率、焊接速度、离焦量与焊接熔深之间的非线性映射关系，仿真预测了各种工艺参数条件下的焊接熔深。　　基于熔池形状、焊接熔深的数值模拟计算，采用光纤激光器，对优化的焊接工艺参数进行了6016铝合金/镀锌钢激光熔钎焊的验证试验，利用卧式金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等手段研究了焊接接头各区域的金相组织、显微硬度、主要元素分布与物相组成。发现当焊接功率P=1600-1800W，焊接速度V=30mm/s，离焦量D=0mm时，焊缝成形性良好，无明显裂纹、气孔等缺陷，焊接接头区域存在一个台阶状结构，平台区域，钢/铝两钟金属存在明显的界限，界面结合依靠液态的铝在钢母材表面上的润湿、填充和铺展等作用；下凹区域，钢/铝熔合较好，Fe和Al元素的混合区宽度较大，未形成明显的FeAl脆性金属间化合物，Fe和Al的热扩散是该区域界面结合的主要原因。
作者：	吴平
专业：	机械工程
导师：	周惦武
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文