隨著工業科技的發展，激光拼焊工藝在航天、航海、汽車、機械加工等行業中的應用越來越多。較之傳統焊接工藝，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，并且其焊縫區體積小，拉伸強度較高。在生產汽車的車身時，通過激光拼焊技術可以減輕車身重量，提高沖壓成型率和車身的機械結構性能。研究表明，焊縫的形狀和焊縫區、HAZ（熱影響區）的晶粒尺寸對拼焊板的抗拉強度、成形性能等有很大的影響。基于有限元分析軟件對焊縫形狀、晶粒大小進行預測，及時對焊接工藝做出調整和優化，可以實現對焊縫形狀、晶粒大小的控制。因此本研究基于機械結構有限元分析，針對深沖鋼拼焊板，創建了焊縫形狀和晶粒大小的預測模型，并且進行了相關模擬，對于優化激光拼焊工藝具有十分重要的意義。
      采用快速軸流CO2激光拼焊設備對St12、St16深沖鋼激光拼焊板進行單面焊雙面成形焊接。
      焊縫與深沖鋼板的軋制方向呈90°，沿壓縮軸方向將模擬變形的試樣從直徑1/3處剖開，置入2%~4%HNO3溶液中進行腐蝕，制取金相試樣。完成金相試樣的制備后，使用光學顯微鏡觀察其金相組織并進行分析。焊接試驗中選用的深沖鋼板尺寸為500mm×270mm×1.2mm。若對整體試件進行有限元建模，因計算量大、耗時長，使得建模較為困難，所以選取試件焊縫附近的一小塊區域創建三維有限元模型，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，在模擬過程中會形成一定的系統誤差，為了減小系統誤差，在試件不同的區域進行不同疏密程度的網格劃分，焊縫較遠的區域，網格劃分較為稀疏，焊縫和熱影響區（HAZ）網格劃分比較稠密，網格尺寸較小，為0.1mm×0.1mm×0.2mm，小于光斑直徑。因焊縫平面具有對稱性，只需建立單側模型。
      試驗選用拼焊板厚度較薄（1.2mm），焊接時輸出功率較小，所以確定為傳導焊，熱源模型為高斯熱源模型。通過APDL編程的LOOP循環完成光源的移動，編程時設置100個載荷步實現熱源的加載。為了令移動熱源的加載符合實際的移動熱源特性，需用重貼加載法進行加載即每進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，拼焊板和外圍環境對流與輻射換熱。
      在激光拼焊過程中，焊縫區發生了液化，試樣吸收大量的熱量，在一次結晶時，試樣又釋放大量的熱量，所以在計算溫度場時不能忽略相變潛熱對溫度場的影響。
      材料的熱物理參數如比熱容、導熱系數等，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文獻獲取；在高溫條件下，就需根據實際情況利用插值法和外推法求出。創建三維瞬態溫度場模塊時，輸出和輸入參數都是通過矩陣來展現的。

                                                                                專業從事機械產品設計│有限元分析│CAE分析│結構優化│技術服務與解決方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.yw15777.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！