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激光束焊接是一种高能束焊接方法，在焊接过程中，激光束能量沉积在焊缝表面，使焊缝表面温度迅速升高到沸点，甚至使焊缝金属发生汽化。根据激光束焊接输入能量的高低，可将激光束焊接划分为热传导焊接和深穿透焊接，铍环焊接采用热传导焊接方式。
为了研究激光束焊接铍环的残余应力分布规律，优化焊接工艺，采用MARC软件对铍环激光束焊接过程进行了二维轴对称有限元分析。由于采用热传导焊接，不考虑焊接过程的小孔效应，假定激光束能量只沉积到焊缝表面，在焊缝附近满足Gauss分布，其表达式为 （图片） 式中，h 为材料对激光吸收率，Q为激光输入功率，r为点到束斑中心的距离，rb为激光束光斑半径，其大小随激光束焦点偏离试样表面距离z而变化。激光束沉积在试样表面的能量在空间域和时间域内变化，采用子程序FLUX确定焊缝外表面的热流大小。试样外表面其它区域、内表面以及端面均采用对流边界条件。假定焊缝根部缩孔在焊接凝固过程中形成，不考虑根部缩孔对焊深贡献时，有效焊深为0.3mm，采用单元技术分析缩孔对焊接残余应力的影响。当发生焊接凝固时距离焊缝外表面>0.3mm的所有钎料单元。（图片）
图1是激光束焊接铍环外表面的沿轴向的残余应力分布 图2是焊接后铍环内外表面的径向变形分布图1是激光束焊接铍环外表面的沿轴向的残余应力分布。由图可见焊缝附近的环向应力st和轴向应力sz为较大拉应力，而径向应力sr较小；焊缝中心的钎料以及远离焊缝的铍环内的残余应力也比较小。可见远离焊缝区域，铍环内外表面的径向变形完全相同，都表现为径向收缩；在离焊缝约1mm范围内，外表面发生径向膨胀，最大膨胀量约为0.065mm，而内表面继续向内发生径向收缩，最大收缩量为-0.035mm。表1列出铍环焊接熔池尺寸的有限元计算和金相分析结果，可见二者基本吻合。表 1 焊接熔池尺寸的有限元计算和金相分析结果
| - | 熔池表面宽度/mm | 熔池半深宽度/mm | 焊缝高出表面/mm | 焊深/mm | 有限元分析 | 1.00 |
0.85 | 0.057 | 0.75 | 金相分析 | 0.97 | 0.92 | 0.050 | 0.65 |
3/5/2008
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