基于ANSYS的高硅鋁合金平板對接激光焊數值模擬

王鵬陸　何慶國

摘要：介紹目前國內外高硅鋁合金激光焊接的趨勢，詳細闡述ANSYS激光焊接有限元模擬的分析過程，從幾何模型的建立、網格劃分、定義材料屬性等方面介紹了前處理過程;從熱源的加載、生死單元技術、瞬態熱分析方面介紹了溫度場分析過程，獲得了焊接及冷卻過程溫度場分布情況;通過ANSYS后處理器得到了溫度場分布云圖;通過熱結構耦合過程得到了焊接瞬時應力分布。仿真得到的溫度場滿足焊接溫度需求，應力場分布會產生一定的形變。

關鍵詞：高硅鋁合金;網格劃分;體生熱率熱源;生死單元;通用后處理器

中圖分類號：TG457.14文獻標志碼：A文章編號：1001-2303（2020）04-0123-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.04.22

0 前言

目前國內外在微波組件外殼封裝領域的焊接材料主要有Al、Cu、Mo、W、Kovar、Invar和W-Cu等，其中Kovar合金和Invar合金雖然熱膨脹系數較低，但其熱導率差、密度高、剛度低，不能滿足電子設備輕量化的要求。Cu與熱膨脹系數較小的Mo和W混合形成的復合材料雖然熱導率較高，但其密度過高，不宜作航空航天材料。Al 具有熱導率較高、密度較低、成本低及強度高等優點，可以采用較高含量的低熱膨脹系數顆粒進行復合，從而降低合金的熱導率，與半導體材料相匹配，因此新型高硅含量的硅鋁復合材料（常稱作高硅鋁合金）的出現引起了研究者的重視。高硅鋁合金熱膨脹系數為4.1～23.6×10-6/K，提高硅含量可顯著降低合金材料的密度及熱膨脹系數。同時，高硅鋁合金還具有熱導性能好，剛度較高，與金、銀、銅、鎳的鍍覆性能好，與基材可焊，易于精密機加工等優越性能。……