本文關(guān)鍵詞：6009鋁合金激光-MIG復(fù)合焊與MIG焊接頭組織性能研究及溫度場數(shù)值模擬

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【摘要】：鋁合金的焊接加工一直是制約其工業(yè)應(yīng)用的主要因素,傳統(tǒng)的熔化極氣體保護(hù)焊,熔深和焊接速度都有限,且存在變形、氣孔等缺陷。激光焊雖然焊接速度快,焊接效率高,但鋁合金對激光束的反射率極高,激光能量吸收率也較低,故激光焊使用較少。激光-電弧復(fù)合焊克服了電弧焊和激光焊存在的問題。激光-MIG復(fù)合焊集中了兩種熱源的優(yōu)勢,用于鋁合金焊接時(shí),不僅焊接效率高,焊接缺陷少,而且可以改善接頭的組織性能。本文分別采用激光-MIG復(fù)合焊和MIG焊兩種焊接方法對6mmm厚6009鋁合金板材進(jìn)行焊接試驗(yàn),對比研究復(fù)合焊和MIG焊接頭。研究兩種接頭工藝參數(shù)的變化對各自焊縫成形性的影響；采用陽極覆膜和電解拋光的方法來研究復(fù)合焊和MIG焊金相組織,通過SEM和凱勒試劑腐蝕接頭來觀察接頭的第二相析出情況,并通過EDS能譜分析來分析第二相成分,利用XRD對復(fù)合焊接頭進(jìn)行成分分析；通過SEM分析復(fù)合焊和MIG焊拉伸斷口形貌,對復(fù)合焊韌窩第二相成分進(jìn)行分析；采用3D高斯圓錐形熱源和雙橢球熱源組合型模,借助有限元SYSWELD模擬軟件對6mmm厚的6009鋁合金激光-MIG復(fù)合焊焊接過程溫度場進(jìn)行模擬。研究結(jié)果表明：復(fù)合焊過程中,激光熱源在前,電弧熱源在后的焊接接頭成形性好于電弧熱源在前,激光熱源在后的焊接接頭。熱源間距增大,激光熱源與電弧熱源耦合作用降低,但激光作用區(qū)變的更加明顯,焊縫對稱性變得更好。MIG焊過程中,焊接電流增大,焊縫下表面成形越來越好,焊縫的余高、熔寬以及余高-熔寬比都增大.接頭顯微組織分析結(jié)果表明：復(fù)合焊接頭焊縫中心上部晶粒尺寸小于焊縫中心下部。主要是因?yàn)閺?fù)合焊過程中,電弧對熔池上部具有攪拌作用,使上部熔池傳質(zhì)、傳熱更加均勻,細(xì)化了晶粒。MIG焊焊縫中心晶粒尺寸隨著焊接電流增大而變大,多道焊焊縫下部析出相更加細(xì)小均勻。接頭力學(xué)性能研究結(jié)果表明：復(fù)合焊和MIG焊接頭均存在軟化區(qū),復(fù)合焊接頭軟化區(qū)的寬度大約在4-5mm左右,MIG焊接頭軟化區(qū)寬度大約在6-7mm左右。復(fù)合焊過程中,激光熱源在前的焊縫,焊縫中心上部平均硬度低于焊縫下部平均硬度,這是因?yàn)閺?fù)合焊焊接過程中焊縫上部合金元素?zé)龘p嚴(yán)重。電弧在前的焊縫,焊縫上部平均硬度值高于焊縫下部平均硬度值,這是因?yàn)殡娀≡谇皶r(shí),隨后的激光束對熔池上部的液態(tài)金屬進(jìn)行了二次重熔,細(xì)化了組織,提高了表面硬度。兩種接頭拉伸斷口斷裂位置在熱影響區(qū)時(shí),韌窩壁均有蛇形花樣,韌窩里有第二相顆粒存在,說明韌窩的形成與第二相顆粒有關(guān)。復(fù)合焊接頭溫度場數(shù)值模擬結(jié)果表明：焊接剛開始階段熱源不穩(wěn)定,溫度場峰值溫度稍低,當(dāng)3秒左右時(shí),進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)溫度場,峰值溫度可達(dá)1100℃以上；離焊縫中心近的點(diǎn),其峰值溫度、升溫速率以及冷卻速率均大于離焊縫中心較遠(yuǎn)的點(diǎn)；復(fù)合焊焊縫縱向和橫向的溫度變化印證了前面第四章中復(fù)合焊接頭析出相的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：6009鋁合金 激光-MIG復(fù)合焊 MIG焊 組織和性能 溫度場模擬
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG457.14
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 選題的意義10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 鋁合金激光-電弧復(fù)合焊國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 焊接數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 熱源模型研究現(xiàn)狀12
• 1.2.4 復(fù)合焊熱源模型研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 鋁合金焊接方法13-15
• 1.3.1 鋁合金電弧焊13-14
• 1.3.2 鋁合金攪拌摩擦焊14
• 1.3.3 鋁合金激光焊14
• 1.3.4 鋁合金激光填料焊14-15
• 1.4 鋁合金激光-MIG復(fù)合焊原理及應(yīng)用15-17
• 1.4.1 激光-MIG復(fù)合焊原理15-16
• 1.4.2 激光-MIG復(fù)合焊應(yīng)用16-17
• 1.5 課題的主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線17-20
• 1.5.1 課題的主要研究內(nèi)容17-19
• 1.5.2 技術(shù)路線19-20
• 第2章 試驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)過程20-25
• 2.1 試驗(yàn)材料20
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備20-21
• 2.3 焊接工藝參數(shù)的選擇21-23
• 2.3.1 激光-MIG復(fù)合焊工藝參數(shù)的選擇21-22
• 2.3.2 MIG焊工藝參數(shù)的選擇22-23
• 2.4 焊接接頭成形性分析23
• 2.5 焊接接頭組織分析23-24
• 2.6 焊接接頭力學(xué)性能分析24-25
• 第3章 6009鋁合金焊接接頭成形性研究25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 焊接接頭成形性質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)25-26
• 3.3 焊接參數(shù)對復(fù)合焊接頭表面形貌的影響26-27
• 3.3.1 激光與電弧相對位置對復(fù)合焊接頭表面形貌的影響26-27
• 3.3.2 熱源間距對復(fù)合焊接頭表面形貌的影響27
• 3.4 焊接參數(shù)對MIG接頭表面形貌的影響27-29
• 3.4.1 焊接電流對MIG焊接頭表面形貌影響27-28
• 3.4.2 焊接速度對MIG焊接頭表面形貌影響28-29
• 3.5 焊接參數(shù)對復(fù)合焊焊縫截面成形的影響29-32
• 3.5.1 焊縫截面成形參數(shù)29
• 3.5.2 激光、電弧相對位置對復(fù)合焊接頭截面形貌的影響29-30
• 3.5.3 熱源間距對復(fù)合焊接頭截面形貌的影響30-32
• 3.6 焊接參數(shù)對MIG焊焊縫截面成形的影響32-34
• 3.6.1 焊接電流對MIG焊焊縫截面形貌的影響32-33
• 3.6.2 焊接速度對MIG焊焊縫截面形貌的影響33-34
• 3.7 本章小結(jié)34-35
• 第4章 6009鋁合金焊接接頭顯微組織研究35-44
• 4.1 引言35
• 4.2 復(fù)合焊焊接接頭顯微組織分析35-41
• 4.2.1 復(fù)合焊接頭區(qū)域劃分35
• 4.2.2 復(fù)合焊焊縫顯微組織分析35-36
• 4.2.3 復(fù)合焊熔合區(qū)及熱影響區(qū)組織分析36-37
• 4.2.4 復(fù)合焊焊接接頭XRD分析37-38
• 4.2.5 復(fù)合焊接頭析出相分析38-41
• 4.3 MIG焊接頭顯微組織分析41-43
• 4.3.1 MIG焊焊縫顯微組織分析41-42
• 4.3.2 MIG焊接頭析出相分析42-43
• 4.4 本章小結(jié)43-44
• 第5章 復(fù)合焊和MIG焊接頭力學(xué)性能研究44-52
• 5.1 引言44
• 5.2 接頭顯微硬度測試結(jié)果分析44-46
• 5.2.1 接頭顯微硬度測試方法44
• 5.2.2 接頭顯微硬度測試結(jié)果及分析44-46
• 5.3 接頭拉伸性能結(jié)果分析46-48
• 5.3.1 接頭拉伸性能測試方法46
• 5.3.2 復(fù)合焊接頭拉伸性能測試結(jié)果及分析46-47
• 5.3.3 MIG焊接頭拉伸性能測試結(jié)果及分析47-48
• 5.4 復(fù)合焊接頭拉伸斷口形貌分析48-50
• 5.4.1 復(fù)合焊接頭拉伸斷口形貌分析48
• 5.4.2 復(fù)合焊接頭拉伸斷裂機(jī)理研究48-50
• 5.5 MIG焊接頭拉伸斷口形貌分析50-51
• 5.6 本章小結(jié)51-52
• 第6章 激光-MIG電弧復(fù)合焊溫度場模擬52-64
• 6.1 引言52
• 6.2 焊接模擬過程有限元理論概述52
• 6.3 SYSWELD軟件介紹及二次開發(fā)52-57
• 6.4 激光-MIG電弧復(fù)合焊數(shù)值模擬計(jì)算過程57-63
• 6.4.1 幾何模型的建立與網(wǎng)格劃分57-58
• 6.4.2 前處理58
• 6.4.3 焊接過程設(shè)置58-60
• 6.4.4 后處理及結(jié)果分析60-63
• 6.5 本章小結(jié)63-64
• 第7章 結(jié)論64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 研究生期間發(fā)表論文及專利70

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1098298