【摘 要】
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激光深熔焊具有能量密度高、加工速度快、接头质量好等技术优势,已成为轻质合金高效高质连接的关键技术。TA15钛合金在大负载工作条件下可以保持良好的蠕变性能,同时在材料成型时具有较好的工艺性能和焊接性能,从而在航天领域得到广泛应用。本文针对航天飞行器关重件结构激光深溶焊工艺难题,结合工艺试验和数值模拟技术探究不同工艺条件下激光焊接匙孔形成的稳定性及其对焊缝形成过程的影响机制。建立了焊接工艺过程中固、液
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激光深熔焊具有能量密度高、加工速度快、接头质量好等技术优势,已成为轻质合金高效高质连接的关键技术。TA15钛合金在大负载工作条件下可以保持良好的蠕变性能,同时在材料成型时具有较好的工艺性能和焊接性能,从而在航天领域得到广泛应用。本文针对航天飞行器关重件结构激光深溶焊工艺难题,结合工艺试验和数值模拟技术探究不同工艺条件下激光焊接匙孔形成的稳定性及其对焊缝形成过程的影响机制。建立了焊接工艺过程中固、液、气三相统一的物理模型,采用流体体积函数计算方法（Volume Of Fluid,VOF）研究了焊接熔池自由流场表面动态变化规律。结合不同激光热源模型开发了新型复合热源。通过数值模拟和试验相结合的方法,研究了TA15钛合金在不同焊接工艺下焊接匙孔形貌,为优化焊接工艺参数、控制焊缝形成过程提供依据。基于TA15钛合金研究了脉冲激光焊、无摆动激光焊、脉冲摆动焊和高斯分布功率摆动焊的焊接工艺,通过数值模拟技术得到温度、流场分布和匙孔形成过程,探究了激光功率、焊接速度、摆动频率、峰值功率、基值功率和脉冲间隔等因素对焊缝熔宽与熔深的影响,确定了优化工艺范围。建立了蒙皮-骨架结构固、液、气三相统一的物理模型,研究了激光焊接TA15钛合金蒙皮-骨架结构的温度、流场分布和匙孔形成过程,应用热-流体动力学解释了非可视化焊缝焊接过程中相关物理过程。基于元胞自动机法（Cell Automaton method,CA）对TA15钛合金激光焊接焊缝微观成形进行数值模拟。采用Fortran语言所编制的程序和算法,将单光束激光焊接下的焊接熔池温度场数据导入自定义程序中,研究了TA15钛合金激光焊缝在凝固过程微观晶粒的生长以及焊后晶粒形貌。
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