Zr-Sn-Nb-Fe锆合金薄板激光对接焊及数值模拟

焊接过程中锆合金板材的温度在300 ℃以上时锆合金易吸收氢、氧、氮等气体杂质,这些气体杂质使得锆合金的力学性能急剧下降，加强焊缝及热影响区的隔离保护和合理制定焊接工艺参数是获得优良焊接质量的关键。以光纤激光器为热源，对厚度为0.7 mm 的Zr-Sn-Nb-Fe（锆锡铌铁）合金薄板进行激光对接焊试验，采用ANSYS有限元软件，建立激光对接焊非线性三维传导有限元模型，模拟计算Zr-Sn-Nb-Fe合金薄板的温度场分布。结果表明：模拟计算获得的熔池形状、尺寸与实际焊缝基本吻合，验证了采用高斯面热源模型来模拟Zr-Sn-Nb-Fe合金薄板激光对接焊温度场的合理性；温度场最终呈现流星状的稳定分布，焊缝附近等温线密集，焊缝熔宽窄，热影响区小，板材表面温度在300 ℃以上的区域的宽度随激光功率的增大而增大，随焊接速度的增加而减小；在激光功率为1300~1500 W，焊接速度为50~70 mm/s，离焦量为+1~+2 mm，氩气保护喷嘴直径为8~12 mm的条件下，Zr-Sn-Nb-Fe合金焊接试样的抗拉强度与母材基本相当，获得了良好的焊缝质量，焊缝无气孔、裂纹等缺陷，晶粒细小,主要元素含量相对母材