【摘要】：焊接過程中鋁合金易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力和變形,薄板鋁合金的焊接變形更為突出。本文通過數(shù)值模擬與試驗的手段,開展了鋁合金的隨焊激冷、動態(tài)輔助加熱以及熱-冷源聯(lián)用工藝的焊接應(yīng)力與變形控制研究。首先,采用有限元軟件MSC.Marc對薄板鋁合金MIG焊進(jìn)行數(shù)值模擬,并結(jié)合測溫試驗驗證了模型的可靠性。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了隨焊激冷的模擬,研究不同冷卻參數(shù)對焊接應(yīng)力與應(yīng)變的影響。結(jié)果表明:冷卻距離越小,冷效果越佳;冷卻強(qiáng)度的增大利于減小殘余應(yīng)力;冷卻區(qū)域長度在一定范圍內(nèi)變化對冷卻效果的影響較小;根據(jù)焊接接頭縱向拉應(yīng)力的范圍,確定了最佳的冷卻區(qū)域?qū)挾?其為40mm。其次,通過研究動態(tài)輔助熱源的位置參數(shù)對焊接縱向殘余應(yīng)力的影響,揭示了動態(tài)輔助加熱變形控制的機(jī)理。輔助熱源的間距變大時,焊縫附近的壓應(yīng)力降低幅度減小。后置輔助熱源與焊槍的縱向間距變化對焊縫殘余應(yīng)力的影響不大;前置加熱隨著縱向間距變小,焊縫附近的壓應(yīng)力降低越明顯。同時,熱-冷源聯(lián)用作用下的殘余應(yīng)力效果會進(jìn)一步增強(qiáng)。最后,基于模擬結(jié)果與現(xiàn)有試驗設(shè)備,確定了試驗所用隨焊激冷與輔助熱源的參數(shù),并進(jìn)行了殘余應(yīng)力與殘余變形的試驗研究。試驗結(jié)果表明,隨焊激冷的冷卻距離減小,焊接變形降低越明顯;輔助熱源位于焊槍前方時的變形降低效果優(yōu)于后方位置。動態(tài)輔助加熱、隨焊激冷以及熱-冷源聯(lián)用三種不同工藝的焊接接頭的殘余變形分別降低了34%、48%和58%。因此,采用熱-冷工藝的焊接變形控制效果最好,很好的驗證了上述有關(guān)殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬結(jié)果。另外,本研究中殘余應(yīng)力的試驗測量結(jié)果亦驗證了模擬的可靠性。
【圖文】：

應(yīng)力及變形的研究現(xiàn)狀余應(yīng)力與變形的產(chǎn)生機(jī)理應(yīng)力是指在自由狀態(tài)時或者抵消外力作用時，最終殘留在。焊接是工件局部迅速加熱和冷卻的過程[5]。在焊接過程是一個動態(tài)變化的過程，焊核附近材料受熱體積膨脹，受生非均勻塑性變形；在焊接完成和完全冷卻后，同樣會法自由收縮，最終在焊接的構(gòu)件中會形成殘余應(yīng)力和變形接彈塑性應(yīng)力應(yīng)變瞬態(tài)過程的影響，具體如圖 1-2 所示。體積膨脹，因受到周圍低溫材料的約束，從而產(chǎn)生壓縮塑，焊縫材料溫度降低開始收縮，由于受到約束從而產(chǎn)生拉材料超過其屈服極限，產(chǎn)生塑性拉伸應(yīng)變。

而且利于焊接縱向殘余應(yīng)力的控制。當(dāng)同時施加橫向和縱向應(yīng)力分別達(dá)度的 0.15 倍和 0.7 倍時，不僅有利于消除熱裂紋而且得到的撓曲變形最小。此縱向拉伸有利于降低縱向殘余應(yīng)力和撓曲變形，且隨著拉伸應(yīng)力的增大，應(yīng)力勢與焊前拉伸相近，但焊后拉伸控制變形效果沒有焊前拉伸好[44]。英國曼徹斯 Richards 等人通過對鋁合金攪拌摩擦焊采用機(jī)械拉伸的方法也得出了類似的且當(dāng)預(yù)應(yīng)力為 0.4 倍的屈服強(qiáng)度時，變形控制效果最佳。預(yù)拉伸應(yīng)力法有利于焊件變形效果，但是需要特定的工裝夾具，，尤其曲面板殼類的焊接仍存在一定預(yù)應(yīng)力作用下縱向殘余應(yīng)力的分布[40]不同形式預(yù)應(yīng)力對縱向殘余應(yīng)力的影響[44]
【學(xué)位授予單位】：沈陽航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V261.34

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本文編號：2673036