汽車制造商依靠激光焊接頭來定制焊接坯料，以控制或減少車輛各部件的材料消耗，例如框架和車身。激光焊接頭由不同厚度和等級的金屬板組成。請參考圖2中激光焊接頭的應用實例。 1.在滿足其他相關(guān)規(guī)定的同時，這些焊接板還必須滿足車輛碰撞安全的要求。中國寶鋼是一家生產(chǎn)高強度優(yōu)質(zhì)鋼的公司。公司采用數(shù)值模擬方法，不斷優(yōu)化激光焊頭的焊接工藝。通過尋找焊接鋼板的等級和厚度這兩個參數(shù)的最佳組合，由它們制造的焊接板不僅可以確保優(yōu)異的性能，而且還可以將部件的重量減輕到最輕。

圖1

鋼板采用激光焊頭焊接，以滿足碰撞和放電的要求。

采用先進的高強度耐壓淬火鋼，優(yōu)化了鋼板的安裝，使汽車的某些區(qū)域更輕，更輕，同時保持強度。最后，我們希望獲得優(yōu)良的焊接質(zhì)量，以確保焊接符合安全碰撞試驗的要求。在試驗過程中，安全焊縫不能破裂或破裂，否則焊件將無法通過安全試驗。

中國寶鋼公司采用激光焊頭的集中熱源將固態(tài)鋼轉(zhuǎn)化為熔融金屬，形成窄而深的焊縫。激光焊接頭的焊接過程如圖2所示。高功率激光產(chǎn)生大量能量，導致一些金屬蒸發(fā)。在鋼的熔化過程中，密度會迅速下降，體積也會相應增加，材料運動也會增加，從而產(chǎn)生高壓蒸汽。此時，將產(chǎn)生“鎖孔”，其是激光頭發(fā)射的激光撞擊點中的窄孔。

大多數(shù)機械故障的根本原因在于焊接缺陷，這是因為焊縫與不同的材料相連。如果連接處理不當，最終會導致壓力過大。

不正確的焊接參數(shù)也可能導致焊點不穩(wěn)定，導致焊點的孔隙，部分穿透或底切，導致連接不穩(wěn)定。圖3顯示了不同焊接缺陷的例子。萬順興激光頭專家補充說：‘’為了預測各種焊接條件下可能存在的缺陷，我們通過仿真研究了激光頭功率和其他參數(shù)對焊接結(jié)果的影響。這樣，我們可以實際測試其影響。在缺陷發(fā)生概率的條件下，還可以預測焊接過程中焊接點的流體動力學，熱力學行為和最終形狀。‘’

圖2

了解激光焊接頭在工作條件下如何影響焊接質(zhì)量。

在影響激光焊頭焊接質(zhì)量的諸多因素中，激光頭功率，激光頭梁材料反射，焊接速度和激光焊頭波長等細節(jié)將影響鎖孔周圍的傳熱，相變和流體流動。 。特別是由于相變和熱負荷，鎖孔角和熔池形狀將對流體流動特性產(chǎn)生很大影響。

流體，熱力學和電學行為在這里交織在一起?！比f順興激光頭專家說，“只有清楚地了解焊接的具體情況才能防止這些缺陷。我們需要一起研究所有物理現(xiàn)象，以跟蹤鎖孔內(nèi)外的流體流動，并清楚地了解其影響。 

萬順興激光頭團隊與武漢理工大學激光研發(fā)部門合作，生產(chǎn)COMSOLMultiphysics?軟件，分析整個焊接過程中鋼水和實心鋼的溫度分布，鍵孔角度和流場變化。他們使用COMSOL?軟件在同一仿真模型中進行了大量研究。從電磁模型開始，他們根據(jù)激光頭發(fā)出的激光反射角確定了材料的反射和能量吸收特性（見圖4）。

圖3

不僅如此，他們還測試并改變了激光頭的功率水平，波長和焊接速度，以預測各種工作條件下的鎖孔形狀。由于該模型模擬了金屬熔化過程中的傳熱和相變，團隊成員可以使用該模型分析蒸發(fā)，液 - 氣界面的流體動力學和熔池的膨脹（如圖5所示）。

圖4

對耦合現(xiàn)象的建模揭示了激光焊接頭最終的焊接結(jié)果

為了預測激光焊接頭的焊接點的最終形態(tài)，萬順興激光頭研發(fā)團隊和來武漢理工大學的研究小組在前期研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)焊接速度、激光功率及匙孔大小這三個參數(shù)，對焊接熔深進行了 建模。

高質(zhì)量焊接需要對鋼板全熔透。當能量密度有限、功率過低或焊接速度較快時，將會發(fā)生局部熔透。局部熔透會引起材料咬邊，最終在兩塊焊板之間留下間隙。圖 6 顯示了焊接熔深和焊接缺陷形態(tài)的 COMSOL 分析結(jié)果與實驗結(jié)果的對比。

圖5

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