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隨著工業(yè)科技的發(fā)展，激光拼焊工藝在航天、航海、汽車、機(jī)械加工等行業(yè)中的應(yīng)用越來越多。較之傳統(tǒng)焊接工藝，通過激光拼焊工藝獲得的拼焊板具有良好的沖壓成形性能，并且其焊縫區(qū)體積小，拉伸強(qiáng)度較高。在生產(chǎn)汽車的車身時(shí)，通過激光拼焊技術(shù)可以減輕車身重量，提高沖壓成型率和車身的機(jī)械結(jié)構(gòu)性能。研究表明，焊縫的形狀和焊縫區(qū)、HAZ（熱影響區(qū)）的晶粒尺寸對(duì)拼焊板的抗拉強(qiáng)度、成形性能等有很大的影響�；谟邢拊治鲕浖䦟�(duì)焊縫形狀、晶粒大小進(jìn)行預(yù)測(cè)，及時(shí)對(duì)焊接工藝做出調(diào)整和優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫形狀、晶粒大小的控制。因此本研究基于機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析，針對(duì)深沖鋼拼焊板，創(chuàng)建了焊縫形狀和晶粒大小的預(yù)測(cè)模型，并且進(jìn)行了相關(guān)模擬，對(duì)于優(yōu)化激光拼焊工藝具有十分重要的意義。
采用快速軸流CO2激光拼焊設(shè)備對(duì)St12、St16深沖鋼激光拼焊板進(jìn)行單面焊雙面成形焊接。
焊縫與深沖鋼板的軋制方向呈90°，沿壓縮軸方向?qū)⒛M變形的試樣從直徑1/3處剖開，置入2%~4%HNO3溶液中進(jìn)行腐蝕，制取金相試樣。完成金相試樣的制備后，使用光學(xué)顯微鏡觀察其金相組織并進(jìn)行分析。焊接試驗(yàn)中選用的深沖鋼板尺寸為500mm×270mm×1.2mm。若對(duì)整體試件進(jìn)行有限元建模，因計(jì)算量大、耗時(shí)長，使得建模較為困難，所以選取試件焊縫附近的一小塊區(qū)域創(chuàng)建三維有限元模型，其中模型的熱分析單元為Solid70，模型尺寸25mm×5mm×1.2mm。
焊縫形狀具有較大的異樣性，在模擬過程中會(huì)形成一定的系統(tǒng)誤差，為了減小系統(tǒng)誤差，在試件不同的區(qū)域進(jìn)行不同疏密程度的網(wǎng)格劃分，焊縫較遠(yuǎn)的區(qū)域，網(wǎng)格劃分較為稀疏，焊縫和熱影響區(qū)（HAZ）網(wǎng)格劃分比較稠密，網(wǎng)格尺寸較小，為0.1mm×0.1mm×0.2mm，小于光斑直徑。因焊縫平面具有對(duì)稱性，只需建立單側(cè)模型。
試驗(yàn)選用拼焊板厚度較�。�1.2mm），焊接時(shí)輸出功率較小，所以確定為傳導(dǎo)焊，熱源模型為高斯熱源模型。通過APDL編程的LOOP循環(huán)完成光源的移動(dòng)，編程時(shí)設(shè)置100個(gè)載荷步實(shí)現(xiàn)熱源的加載。為了令移動(dòng)熱源的加載符合實(shí)際的移動(dòng)熱源特性，需用重貼加載法進(jìn)行加載即每進(jìn)行完一步載荷的加載后，該步載荷不予保留，去除后再加載下一步載荷。該模型下的邊界條件是指在激光拼焊時(shí)，拼焊板和外圍環(huán)境對(duì)流與輻射換熱。
在激光拼焊過程中，焊縫區(qū)發(fā)生了液化，試樣吸收大量的熱量，在一次結(jié)晶時(shí)，試樣又釋放大量的熱量，所以在計(jì)算溫度場(chǎng)時(shí)不能忽略相變潛熱對(duì)溫度場(chǎng)的影響。
材料的熱物理參數(shù)如比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等，在常溫和高溫條件下確定方法不一樣，在常溫下可以通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲��；在高溫條件下，就需根據(jù)實(shí)際情況利用插值法和外推法求出。創(chuàng)建三維瞬態(tài)溫度場(chǎng)模塊時(shí)，輸出和輸入?yún)?shù)都是通過矩陣來展現(xiàn)的。
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