DP1000钢薄板激光焊接过程的数值模拟与分析

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节能、安全和环保是当今世界汽车发展的主题。高强钢和超高强钢,特别是兼顾良好碰撞吸能和成形性能的双相(DP)钢的应用日益增加。这类钢既能保证车身的安全性能,又能显著降低车身的重量,如今已经成为汽车生产商广泛使用的特殊材料。激光焊接能够保持高强钢较高的强度,防止较大的变形,因此激光焊接在高强钢中的应用日益广泛。数值模拟与仿真在焊接过程的研究中发挥着不可替代的作用,可以缩短实验周期,降低实验成本,提高效率,对焊接工艺的制定与分析有一定的理论指导意义。本文采用计算流体动力学软件FLUENT对DP1000薄板激光焊接熔池温度场与流场的分布规律和影响因素进行了数值分析,采用旋转高斯曲面体模拟激光热输入,模拟计算的熔池形貌与实际焊缝吻合良好。模拟中特别研究了所用夹具的铜基座对温度场及熔池形态的影响。结果表明,铜基座对焊件有较强的热扩散作用,会降低熔池的最高温度,减小焊缝尺寸。另外,研究发现,DP1000钢薄板焊接的熔池流动主要由重力差异引起的浮力驱动,熔池最大流动速度的数量级为mm/s。对DP1000薄板焊接接头进行维氏硬度测试,热影响区硬度最多比母材下降约70HV0.2。为了进一步分析其热影响区明显的软化现象,应用ANSYS的APDL语言对激光焊接过程进行了数值模拟,得到距焊缝中心不同距离点的温度-时间变化历程。若将热影响区划分为过热区与软化区,软化区所经历的温度循环范围在600℃到1000℃之间,软化区组织中马氏体减少,析出部分贝氏体,使得此区域硬度值降低,降低了焊接接头强度。
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