铝合金车身可有效减少车辆重量,降低能耗。自动化的激光焊接更是极大提高了汽车制造业的生产效率。铝合金薄板搭接激光摆动焊接新工艺在汽车制造业中得到越来越多的应用。但是,在生产过程中发现,焊缝很容易出现凝固裂纹,严重影响结构的安全可靠性。通过建立铝合金薄板搭接激光摆动焊接的热力耦合模型,对凝固裂纹出现与否时的温度场和应变场分布特点加以对比,建立凝固裂纹对应的工艺条件判据,对于实现铝合金薄板搭接激光摆动焊接工艺优化具有重要意义。本文利用有限元分析软件ANSYS,充分考虑功率调制下激光摆动焊接工艺的过程特点,采用指数型递增的高斯柱状热源,预设不同工艺参数下的焊缝形貌,根据功率调制及相关工艺参数设置热源载荷的加载位置和载荷步长。同时综合考虑了材料的高温热力学性能、应力松弛状态、相变潜热、凝固收缩等一系列问题,建立了 6016薄板铝合金搭接接头激光摆动焊接的热力分析数值模型。提取了不同工艺参数条件下的数值计算结果中的熔合线并与实际试验结果进行对比,验证了数值模型的准确性,揭示了功率调制下激光摆动焊接的温度场和应变场的分布规律。提取了激光摆动焊接的温度场与应变场计算结果,温度场结果显示,熔池前方形状随着激光束的摆动而变化。随着焊接过程的进行,由于焊缝位置距离下板自由端更近,热量逐渐在焊件自由端聚集,温度场分布向下板偏移,下板侧等距点的温度高于上板侧。横向机械应变场分布显示出焊缝中心附近应变高、焊缝两侧低的特点,同时焊缝中心附近偏下板出处的横向机械应变最高,凝固裂纹敏感性最大。对铝合金搭接接头激光摆动焊接不同工艺参数下的数值模拟结果进行了对比分析。不同激光偏移量情况下的温度场分布相似,但随着激光偏移量的增加,最大横向机械应变值增加,纵向凝固裂纹的敏感性增大;不同激光摆动频率情况下的数值模拟结果显示,随着激光频率的增加,熔池体积增大,凝固裂纹敏感性增高,激光频率为250 Hz时凝固裂纹敏感性最高;不同激光偏转角情况下的数值模拟结果显示,随着激光偏转角的减小,激光束摆动范围增大,横向线上的峰值温度升高,熔池体积增大,焊件横向线上最大横向机械应变值增大,凝固裂纹敏感性升高。通过对多个有无凝固裂纹对照组进行数值计算,对比了有无凝固裂纹时的温度场和应变场分布。有凝固裂纹产生时,焊件上的温度明显高于无凝固裂纹计算组,且熔池体积更大,横向机械应变值更高。提取了所有对照组焊件上熔池后方相同位置的三条横向线的最大横向机械应变,并求取均值进行比较,结果表明,当最大横向机械应变的平均值超过1.69%时,焊缝上中心线偏向下板侧的位置会出现纵向凝固裂纹。