雷射深熔焊接匙孔效應模擬及其力學特性

《雷射深熔焊接匙孔效應模擬及其力學特性》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：雷射深熔焊接匙孔效應模擬及其力學特性
• 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、低變形、高效率和高速度等突出優點，雷射深熔焊接已成為雷射先進制造技術發展的主流，在航空航天、汽車、電子、武器裝備等領域中發揮著重要作用。然而，雷射深熔焊接過程複雜，涉及到不同的物理場和大量的控制參數，高密度雷射束與材料的相互作用導致了匙孔的形成。匙孔的形成是雷射深熔焊接的主要特徵，決定著焊件凝固後的微觀缺陷以及最終的力學性能。本課題從製造工藝力學的角度，採用等位函式方法結合質量、動量、能量守恆以及溶質傳輸等控制方程，綜合考慮焊接過程中各種驅動力作用以及固-液-氣多相混合、複雜流動、多重相變、熔凝耦合等各種物理現象，模擬雷射深熔焊接過程中溫度場、流體速度場，著重模擬匙孔形成及其形貌特徵，理解其對焊件力學特性的影響。在此基礎上，最佳化控制參數，從而改善焊件的力學特性，提高雷射深熔焊接的效率和質量，進一步推動雷射深熔焊接在先進制造領域的成功套用。

結題摘要

本項目主要對雷射深熔焊接過程中的溫度場及流場分布、匙孔效應和力學特性進行了深入系統的研究。採用等位函式方法結合質量、動量、能量守恆以及溶質傳輸等控制方程，綜合考慮焊接過程中雷射與材料的相互作用、各種驅動力影響、傳熱與流動、多重相變、高溫下引起的蒸發和濺射等各種物理現象，建立了高密度雷射焊接過程熔池形成與演化的物理和數學模型，模擬雷射深熔焊接過程中溫度場、流體速度場，濃度場以及匙孔的形成演化及其形貌特徵。對光斑移動速率、表面活性元素分布以及保護氣等關鍵因素的影響進行了系統的研究。在此基礎上，對特定參數下雷射深熔焊接過程焊件的微觀組織、成分分布及硬度、拉伸等力學性能及斷裂破壞機制進行了分析，從而最佳化控制參數，改善焊件的力學特性，提高雷射深熔焊接的效率和質量，進一步推動雷射焊接在先進制造領域的成功套用。