本文關(guān)鍵詞：TC4鈦合金搭接接頭FSW過程的有限元模擬及成形性

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【摘要】：鈦合金等輕質(zhì)合金以其具有良好的力學(xué)性能,已逐漸成為現(xiàn)代飛行器制造的主要材料之一。目前,鈦合金的連接方式主要是焊接。攪拌摩擦焊接技術(shù)作為一種固相連接技術(shù)能夠有效避免傳統(tǒng)焊接方法在焊接過程中所帶來的孔洞及熱裂紋等缺陷。為了達(dá)到增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和減輕重量目的,使用搭接接頭來代替飛機(jī)中的鉚接接頭成為不可避免的趨勢(shì)。因此,本文對(duì)TC4鈦合金攪拌摩擦焊搭接進(jìn)行了研究。使用有限元模擬軟件Abaqus/CAE,對(duì)TC4鈦合金搭接接頭FSW過程中的溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,研究了不同工藝參數(shù)下搭接界面處溫度分布情況。結(jié)果表明:鈦合金FSW搭接溫度場(chǎng)均呈現(xiàn)前端小后端大的橢圓形分布,攪拌頭前方材料溫度低溫度梯度大,后方材料溫度高且溫度梯度小。在相同的焊接速度下,隨著旋轉(zhuǎn)速度的減小,焊縫上下表面的溫度梯度和焊縫溫度峰值均減小。搭接界面點(diǎn)的溫度峰值小于焊縫表面。使用鎢錸合金攪拌頭對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行了搭接實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度一定時(shí),增加焊接速度會(huì)增加焊縫溝槽缺陷的尺寸和數(shù)量。使用帶螺紋攪拌頭所得到的焊縫表面幾乎不存在溝槽缺陷,表面成形質(zhì)量要優(yōu)于無螺紋攪拌頭焊縫的表面成形。隨著焊接溫度的減小,隧道缺陷尺寸逐漸減小。在高的旋轉(zhuǎn)速度下,搭接接頭界面處的氧化物分布呈不連續(xù)彌散分布。采用帶螺紋攪拌頭能夠促進(jìn)材料沿垂直方向的流動(dòng),增強(qiáng)了上下板之間材料的交換,利于接頭的成形。當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度從200rpm變化為150rpm時(shí),搭接接頭的所承受的拉斷載荷呈先下降后增大的趨勢(shì)。接頭的拉斷載荷最大值為20.54KN最小值為18.30KN。帶螺紋攪拌頭所得到的搭接接頭的拉斷載荷大于無螺紋攪拌頭所得的接頭。接頭的斷裂方式均為韌性斷裂。
【關(guān)鍵詞】：TC4鈦合金 攪拌摩擦搭接焊 溫度場(chǎng) 鉤狀缺陷 氧化物 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V261
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 課題研究的目的和意義12-13
• 1.2 攪拌摩擦焊接工藝13-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-21
• 1.3.1 攪拌摩擦搭接焊的發(fā)展現(xiàn)狀14-19
• 1.3.2 鈦合金焊接19-21
• 1.4 本文研究?jī)?nèi)容21-22
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料及方法22-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備22-26
• 2.2.1 焊接設(shè)備22-23
• 2.2.2 氣體保護(hù)裝置23-25
• 2.2.3 攪拌頭25-26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法26-30
• 2.3.1 搭接接頭形式26
• 2.3.2 工藝實(shí)驗(yàn)26-29
• 2.3.3 搭接接頭宏觀形貌29
• 2.3.4 搭接接頭力學(xué)性能及斷口分析29-30
• 第3章 FSW搭接過程有限元模擬30-43
• 3.1 溫度場(chǎng)模擬30-34
• 3.1.1 幾何模型建立30-31
• 3.1.2 網(wǎng)格劃分31
• 3.1.3 材料屬性31-32
• 3.1.4 溫度場(chǎng)的初始及散熱邊界條件32-33
• 3.1.5 熱源模型33-34
• 3.2 模擬結(jié)果與分析34-41
• 3.2.1 溫度場(chǎng)模擬結(jié)果與分析34-36
• 3.2.2 焊接不同階段溫度場(chǎng)分布情況36-37
• 3.2.3 不同工藝參數(shù)下接頭橫截面溫度場(chǎng)分布情況37-38
• 3.2.4 不同工藝參數(shù)下接頭溫度場(chǎng)分布情況38-40
• 3.2.5 不同位置下接頭溫度場(chǎng)分布情況40-41
• 3.3 本章小結(jié)41-43
• 第4章 TC4鈦合金FSW搭接接頭成形研究43-54
• 4.1 焊縫表面成形分析43-46
• 4.1.1 不同焊接參數(shù)下焊縫表面成形43-44
• 4.1.2 攪拌頭形狀對(duì)焊縫表面成形的影響44-46
• 4.2 焊縫橫截面形貌分析46-53
• 4.2.1 不同焊接參數(shù)下橫截面成形46-50
• 4.2.2 攪拌針形狀對(duì)橫截面形貌的影響50-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 第5章 TC4鈦合金FSW搭接接頭力學(xué)性能研究54-66
• 5.1 后退側(cè)受力時(shí)接頭性能54-61
• 5.1.1 搭接接頭力學(xué)性能54-56
• 5.1.2 搭接接頭的斷裂位置56-58
• 5.1.3 搭接接頭的斷口分析58-61
• 5.2 前進(jìn)側(cè)受力時(shí)接頭性能61-65
• 5.2.1 搭接接頭力學(xué)性能61-62
• 5.2.2 搭接接頭的斷裂位置62-63
• 5.2.3 搭接接頭的斷口分析63-65
• 5.3 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-70
• 致謝70-71
• 攻讀碩士期間發(fā)表(含錄用)的學(xué)術(shù)論文71

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1072045