異種金屬雷射焊接熔池動態特性及其力學行為

《異種金屬雷射焊接熔池動態特性及其力學行為》是依託中國科學院力學研究所，由何秀麗擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：異種金屬雷射焊接熔池動態特性及其力學行為
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何秀麗
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

由於具有高功率密度、高精度、高速度、高效率和低變形等突出優點，雷射焊接已經越來越廣泛的套用在異種金屬的焊接上，在航空航天、汽車、電子等領域中發揮著重要作用。然而，異種金屬的雷射焊接是一個多場、多尺度、多參數的動態複雜過程，涉及到眾多物理現象。金屬熱物性參數的差異易使接頭產生殘餘應力和變形，以及脆性金屬間化合物，影響異種金屬的雷射焊接的性能和質量。其中，焊接熔池的動態特性是異種金屬雷射焊接中的核心問題，決定著焊件凝固後最終的力學性能。本課題從製造工藝力學的角度，通過深入研究焊接過程中的傳熱傳質機理, 開展溫度場、流體速度場、濃度場以及氣-液界面演化等動態過程的耦合模擬分析，探索傳熱傳質和熔池流體流動對力學行為的影響機制，從而進行工藝參數的定量分析與最佳化，獲得所需要的組織和力學性能，提高異種金屬雷射焊接的效率和質量，滿足異種金屬雷射焊接在不同領域的特定需求，進一步推動其在工業各領域的成功套用。

結題摘要

本項目主要對異種金屬雷射焊接熱量傳遞、熔池形態、物質傳輸及力學特性進行了深入系統的研究。通過考慮異種金屬雷射焊接過程中的主要物理現象，建立了高密度雷射異種金屬焊接過程熱量傳遞、物質傳輸與氣液界面演化耦合的數值模型。研究了焊接過程Marangoni效應對流體流動的驅動機制，模擬分析了高密度雷射異種金屬焊接過程中的瞬態溫度場、流場、濃度場、匙孔形態及演化過程，對焊接過程中的蒸發和濺射機制進行了系統的研究，計算分析了由此引起的能量損失及質量損失。在此基礎上，針對不同材料體系，對異種金屬雷射焊接過程的焊接方法、工藝最佳化、顯微組織及力學性能進行了系統深入的研究。建立了輸入參數-熔池動態特性-微觀組織-力學行為的對應關係。對零部件的異種金屬雷射焊接在工程上的具體套用進行了探索，包括發動機渦輪增壓器渦輪與轉軸的雷射焊接、陀螺馬達主體與馬達蓋的雷射焊接、平衡支架與配重鉛塊的焊接等。