ZL101鋁基復合材料激光焊接過程中TiB2顆粒演變及小孔穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著工業(yè)技術的發(fā)展,鋁基復合材料廣泛地應用于航空、航天、汽車等行業(yè)。顆粒增強鋁基復合材料由于其低密度、高強度、高比模量及良好的耐磨性能成為一種很有潛力的材料。顆粒增強鋁基復合材料焊接性及焊接過程顆粒的穩(wěn)定性等問題的解決會加速其在上述領域的推廣應用。關于TiB2顆粒增強鋁基復合材料在激光深熔焊接過程中 TiB2粒子演變的相關研究較少,特別是粒子對激光深熔焊接過程中小孔穩(wěn)定性的研究涉及更少。本文開展了TiB2增強鋁基復合材料的激光深熔焊接研

2、究,采用試驗研究與數(shù)值模擬相結合的方法,探討顆粒增強鋁基復合材料TiB2/ZL101激光深熔焊接過程中TiB2粒子的演變及TiB2粒子對小孔穩(wěn)定性的影響,揭示在激光焊接過程中TiB2粒子與鋁合金基體之間的相互作用行為,研究 TiB2粒子在焊縫中的分布特征,探討 TiB2粒子對靜態(tài)激光深熔焊接和動態(tài)激光深熔焊接過程中小孔穩(wěn)定性的影響等,為理解 TiB2增強鋁基復合材料的激光深熔焊接的復雜現(xiàn)象提供試驗及理論支持。
　　論文采用大功率激

3、光器研究了激光焊接TiB2/ZL101顆粒增強鋁基復合材料時TiB2粒子的演變行為。采用XRD、SEM及EDS觀察并分析了焊縫內粒子的物相、熱力學過程及形貌特征,發(fā)現(xiàn)當 TiB2團簇體積分數(shù)足夠大時,焊縫中心的TiB2粒子會熔化并聚在一起,且較大尺寸的TiB2粒子會發(fā)生斷裂;當溫度足夠高的TiB2粒子被熔融的Al液體包圍的時候,會發(fā)生界面反應,從而生成AlB12和Al3Ti,進而減弱了TiB2粒子的增強效果。由于激光束的能量一般具有高斯

4、分布特征,這使得焊縫中心的界面反應程度比焊縫邊緣的界面反應程度更激烈。
　　本文基于流體動力學、熱力學理論,結合有限差分方法和VOF方法,建立了顆粒增強鋁基復合材料激光深熔焊接的數(shù)學模型。特別考慮了熔池中的第二相粒子與金屬流體之間的耦合作用,結合適當?shù)倪吔鐥l件,對物理方程的近似與求解給出了比較詳細的論述。
　　本文以顆粒增強鋁基復合材料TiB2/ZL101為實驗材料,分別計算得出了靜態(tài)激光深熔焊接與動態(tài)激光深熔焊接時熔池的流