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第1章 激光＋GMAW复合热源焊理论基础 1

1.1 激光＋电弧复合热源焊简介 1

1.1.1 激光＋电弧复合热源焊原理 1

1.1.2 激光＋电弧复合热源焊种类 2

1.2 激光焊接理论基础 5

1.2.1 材料对光吸收的一般规律 5

1.2.2 金属对激光的吸收 6

1.2.3 光致等离子行为 11

1.2.4 小孔效应 19

1.3 激光焊设备及工艺特点 21

1.3.1 激光焊设备 21

1.3.2 激光焊接模式 25

1.3.3 激光深熔焊工艺特点 27

1.4 激光＋GMAW复合热源焊设备及工艺特点 28

1.4.1 激光＋GMAW复合热源焊设备 28

1.4.2 激光＋GMAW复合热源焊工艺特点 29

1.4.3 激光＋GMAW复合热源焊工艺模式 31

第2章 激光＋GMAW复合热源焊工艺基础 33

2.1 激光＋GMAW复合热源焊工艺参数 33

2.2 工艺参数对焊缝成形的影响 33

2.2.1 激光功率 34

2.2.2 光丝间距 35

2.2.3 离焦量 37

2.2.4 焊接电流（送丝速度） 39

2.2.5 电弧电压 40

2.2.6 电源类型 41

2.2.7 焊接速度 41

2.2.8 激光与电弧的相对位置 42

2.2.9 激光束轴线与电弧焊枪角度 43

2.2.10 保护气体 44

2.2.11 坡口尺寸与形式 45

2.3 激光与电弧之间的相互作用 47

2.3.1 激光对电弧的吸引和压缩 47

2.3.2 电弧对激光的吸收和散焦 51

2.4 激光＋GMAW复合热源焊熔滴过渡 51

2.5 激光＋GMAW复合热源焊小孔形态 54

2.6 激光＋GMAW复合热源焊熔池内流体流动 55

2.7 激光＋GMAW复合热源焊的应用 57

2.7.1 应用趋势 57

2.7.2 应用示例 60

第3章 焊接数值模拟技术 69

3.1 概述 69

3.2 数值模拟方法 70

3.2.1 有限元法 70

3.2.2 有限差分法 70

3.2.3 边界元法 71

3.2.4 数值解的误差控制和收敛性 72

3.3 焊接热过程的数值模拟 73

3.3.1 焊接热传导 74

3.3.2 焊接熔池中传热和流体流动 75

3.3.3 自由表面追踪技术 85

3.3.4 计算方法 86

3.3.5 GMAW焊热过程计算关键问题 88

3.4 熔滴过渡的数值模拟 89

3.4.1 静力平衡理论（SFBT） 89

3.4.2 电磁收缩不稳定理论（PIT） 93

3.4.3 “质量-弹簧”理论 94

3.4.4 流体动力学理论 96

3.5 GMAW焊电弧的数值模拟 98

3.5.1 假设条件与控制方程 98

3.5.2 计算过程中的关键问题 100

3.5.3 边界条件 102

3.5.4 计算方法 103

3.6 焊接应力与变形的数值模拟 104

3.6.1 热弹塑性有限元法 105

3.6.2 固有应变有限元方法 109

3.6.3 考虑蠕变的黏弹塑性变形有限元法 110

3.7 商用软件简介 111

3.7.1 ABAQUS 111

3.7.2 ANSYS 112

3.7.3 MSC.MARC 112

3.7.4 SYSWELD 113

3.7.5 PHOENICS 113

3.7.6 FLUENT 114

3.7.7 FLOW-3D 114

第4章 激光＋GMAW复合焊热源模型 116

4.1 概述 116

4.2 激光深熔焊热源模型 116

4.2.1 热源模型的分类 117

4.2.2 移动点-线热源 118

4.2.3 体积热源模型 118

4.2.4 小孔模型 131

4.3 小孔模型介绍 133

4.3.1 小孔形状计算模型 133

4.3.2 小孔形状计算模型与体积热源模型的结合 142

4.3.3 小孔动态行为综合数学模型 144

4.4 GMAW焊电弧热流分布模型 151

4.4.1 常用模型 151

4.4.2 基于熔池表面变形的电弧热流分布模型 152

4.5 熔滴热源模型 156

4.5.1 熔滴热焓量 157

4.5.2 熔滴热源模型 157

4.6 激光＋GMAW复合焊热源模型 161

4.6.1 复合焊热源模型简介 161

4.6.2 关键问题的处理 161

4.6.3 组合式体积热源模型 163

4.6.4 组合式小孔热源模型 165

第5章 激光＋GMAW复合焊温度场的数值分析 167

5.1 概述 167

5.2 激光＋GMAW-P复合焊准稳态温度场数值分析 167

5.2.1 控制方程及边界条件 167

5.2.2 复合焊热源模型 168

5.2.3 熔池自由表面变形与焊缝余高 170

5.2.4 计算过程 170

5.2.5 试验条件 171

5.2.6 焊缝形状尺寸的模型验证及分析 173

5.2.7 电弧功率对复合焊温度场的影响 177

5.2.8 电弧功率对复合焊热循环特征的影响 181

5.2.9 光丝间距对复合焊温度场的影响 184

5.3 T型接头铝合金复合焊温度场有限元分析 187

5.3.1 瞬态热传导方程及边界条件 187

5.3.2 T型接头复合焊热源模型 188

5.3.3 试验条件 190

5.3.4 网格划分及余高处理 190

5.3.5 焊缝形状尺寸的模型验证及分析 192

5.3.6 T型接头铝合金复合焊温度场特征 195

5.3.7 T型接头铝合金复合焊热循环特征 197

5.3.8 不同工艺参数对热循环峰值温度的影响 198

第6章 激光＋GMAW复合焊电弧与熔池流场的数值分析 201

6.1 概述 201

6.2 复合焊等离子体数值分析 201

6.2.1 数学模型 201

6.2.2 复合焊等离子体对激光能量的吸收 206

6.2.3 CO2激光＋TIG复合焊等离子体温度场 207

6.2.4 Nd：YAG激光＋TIG复合焊等离子体数值分析 208

6.2.5 模型特点 211

6.3 复合焊熔滴过渡数值分析 211

6.3.1 数学模型 211

6.3.2 计算过程与熔滴过渡形态表征 217

6.3.3 激光功率与焊接电流对熔滴过渡的影响 218

6.3.4 保护气体流量对熔滴过渡的影响 220

6.3.5 模型适用性 221

6.4 熔池流场数值分析 221

6.4.1 数值分析模型 221

6.4.2 计算步骤 225

6.4.3 熔池内流体流动 226

6.4.4 合金元素在熔池中的分布 230

6.4.5 激光对焊接驼峰的抑制 234

6.4.6 模型适应性 239

第7章 激光＋GMAW复合焊应力场的有限元分析 240

7.1 概述 240

7.2 应力场数值计算模型 240

7.2.1 热弹塑性有限元法 240

7.2.2 计算过程 241

7.3 复合焊与GMAW焊残余应力场比较 242

7.3.1 试验条件 242

7.3.2 有限元模型 243

7.3.3 残余应力与变形分析 244

7.4 复合焊与埋弧焊残余应力比较 249

7.4.1 试验条件与热源模型 249

7.4.2 应力分析 250

7.5 开坡口对接复合焊应力场 251

7.5.1 试验条件 251

7.5.2 有限元模型 252

7.5.3 残余应力分析 253

7.6 T型接头铝合金复合焊残余应力与变形 256

7.6.1 试验条件及有限元模型 256

7.6.2 残余应力与变形的数值计算 257

7.7 角接头铝合金复合焊残余变形 261

7.7.1 试验条件及有限元模型 261

7.7.2 不同约束条件下的残余变形 262

7.8 异种金属激光＋TIG复合焊残余应力 265

7.8.1 试验条件及有限元模型 265

7.8.2 异种金属复合焊应力与变形 265

参考文献 268