激光-GMAW復合熱源焊接熔池-小孔行為分析*

（山東大學材料連接技術研究所， 濟南 250061）

激光-GMAW復合熱源焊接，將激光焊和GMAW工藝的優點集成于一體并克服彼此的缺點，通過電弧與激光相互作用的協同效應，產生“1+1＞2”的工藝效果。復合熱源焊接為高性能金屬材料的優質、高效焊接制造開辟了一條新的路徑[1-2]。復合熱源焊接過程中小孔與熔池的動態行為，決定了焊接過程的穩定性和焊縫的質量。因此，建立復合熱源焊接的數理模型，通過數值模擬的方法定量分析焊接過程中熔池與小孔的動態演變過程，對于優化工藝參數、深入理解復合熱源焊接的工藝機理有著重要的理論意義和工程實用價值。

近年來，國內外研究者在深入理解激光-GMAW復合熱源焊接工藝機制方面開展了一些研究。胥國祥等[3-5]通過建立組合式體積熱源模型，對復合熱源焊接溫度場進行了數值計算，可以預測不同焊接工藝條件下的焊縫形狀與尺寸。但沒有考慮熔池內的流體流動和小孔的動態行為。Zhou和Tsai[6]建立了一個復合熱源焊接模型，考慮了流體流動、壓力平衡、激光多次反射以及熔池表面變形等因素，將蒸發反作用力視為維持小孔的主要動力，可用于模擬小孔的形成與閉合過程以及焊接的溫度場流場的變化。但模型認為小孔內壓強為常數并近似為大氣壓強，因此只適用于小功率激光的焊接。Cho和Na[7]通過考慮壓力平衡、Fresnel吸收、激光的多次反射等因素，建立了激光+GMAW復合焊接的數理模型，利用Flow-3D商業軟件以及VOF界面追蹤法模擬熔池-小孔的動態演變。……