热输入对2219铝合金激光镜像焊接匙孔动态特征的影响刘源，李悦，王建峰，王磊磊，占小红(南京航空航天大学,南京,211106)摘要：针对2219铝合金激光镜像焊接过程，建立激光镜像焊接过程热-流耦合模型，对匙孔动态特征进行定量求解与分析.结果表明在激光镜像焊接过程中，两侧匙孔迅速耦合并保持小幅度波动.匙孔耦合前，两侧匙孔横截面面积差异较小，最多相差仅0.35mm2；匙孔耦合后，匙孔横截面面积持续增加，并于120ms后在一定范围内波动.热输入的增加会导致匙孔的耦合程度增大，并提高匙孔稳定性，其中激光功率对匙孔耦合区域影响较大，焊接速度对匙孔开口面积影响较大，基于上述规律总结出针对6mm厚2219铝合金镜像焊接试验的优化焊接工艺窗口.创新点：(1)采用一种新型激光焊接工艺——激光镜像焊接.(2)使用模拟软件对焊接过程中的匙孔动态特征进行模拟.(3)探究了不同热输入方式对匙孔动态特征的影响.关键词：激光镜像焊接；匙孔稳定性；铝合金；数值模拟；热输入中图分类号：TG456.7文献标识码：Adoi：10.12073/j.hjxb.202208020030序言2219铝合金由于其具有低密度、高比强度等特点，已大量应用于航天领域[1-3].为满足航空航天领域轻质、高强的需求，采用激光焊接技术代替传统的电弧焊接工艺.相较于传统的电弧焊接工艺，激光焊接速度更快、效率更高[4].目前的激光焊接主要通过一侧施加激光热输入实现平板对接结构的连接，但激光焊接对间隙精度要求高，桥接能力较差，难以适用于中厚板铝合金的焊接.此外，单侧焊接需要采用相对较高的热输入，导致匙孔波动程度加剧，构件变形较大，进而影响接头质量.中厚度板材激光焊接过程中的匙孔行为难以直观地观察，通常可采用数值模拟的方式进行研究.张聃[5]针对激光-电弧复合焊接开展仿真研究，探明了复合焊接熔池与匙孔的演变过程，并深入地研究了激光功率、焊接电流及焊接速度对熔池流动和匙孔行为的影响.梁融[6]考虑了激光焊接过程中“小孔”行为对焊缝成形的影响，开发了相关焊接热流固耦合数值模拟方法.通过与实验结果的对比，该模型能够很好地预测焊缝背面形貌.Jahn等人[7]基于激光焊接过程建立了数值模型，证明了多域方法与有限元方法相结合的灵活性.采用基于匙孔壁面能量平衡的解析方法计算了匙孔的形状，采用多域方法，解决了包含两个不连续点的耦合问题.彭根琛[8]通过建立三维热流耦合模型的方法研究了真空度对铝合金激光焊接匙孔动态行为的影响.研究结果表明，随着真空度的提高，匙孔的开口尺寸增大...
