【摘要】：攪拌摩擦焊是一種新型的固相焊接工藝,且本身兼有普通焊接技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。焊接傳熱過程與溫度場分布是攪拌摩擦焊技術(shù)重要的研究領(lǐng)域之一,其對研究殘余應(yīng)力和焊接變形均有重要影響。而焊接冷卻后存在的殘余應(yīng)力對構(gòu)件可靠性,特別是疲勞壽命、尺寸穩(wěn)定性和抗腐蝕性能等都具有十分重要價(jià)值。本文采用有限元分析并通過控制變量法,研究差厚鋁合金板攪拌摩擦焊溫度場及殘余應(yīng)力的分布情況。本文根據(jù)攪拌摩擦焊特點(diǎn),考慮米塞斯屈服準(zhǔn)則和軸肩及攪拌針產(chǎn)熱,以厚度為2mm和4mm的差厚6061-T6鋁合金板材為研究對象,基于ABAQUS有限元分析軟件,通過建立熱源模型,對攪拌摩擦焊溫度場與殘余應(yīng)力模擬分析。研究結(jié)果表明:2mm薄板峰值溫度在446℃左右,4mm薄板峰值溫度在441℃左右,溫度場分布呈不對稱橢圓狀;差厚板殘余應(yīng)力主要表現(xiàn)形式是縱向殘余應(yīng)力,且在垂直焊縫方向上呈M形雙峰分布,縱向殘余應(yīng)力先增大后減小,焊縫中心線附近區(qū)域的縱向殘余應(yīng)力是拉伸應(yīng)力,并向母材邊緣逐漸轉(zhuǎn)化為壓縮應(yīng)力,橫向應(yīng)力表現(xiàn)為拉應(yīng)力,但數(shù)值遠(yuǎn)低于縱向應(yīng)力;且4mm薄板殘余拉應(yīng)力峰值和分布范圍都比2mm薄板要小。其次,利用所建數(shù)值模型,通過控制變量法,分別依次改變攪拌頭轉(zhuǎn)動(dòng)速度、焊接速度以及攪拌頭直徑,對攪拌摩擦焊溫度場和殘余應(yīng)力的影響規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)果表明在控制變量法下:隨著旋轉(zhuǎn)速度的增大,差厚鋁合金板工件峰值溫度升高,4mm薄板較2mm薄板的高溫區(qū)域溫度場范圍大,焊縫中心兩側(cè)的差厚板殘余應(yīng)力并不相同,差厚鋁合金板兩側(cè)殘余應(yīng)力峰值均與攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度成反比,且2mm薄板的縱向殘余應(yīng)力峰值大于4mm薄板。各點(diǎn)溫度在不同焊接速度下均經(jīng)歷一個(gè)峰值,且峰值溫度大小與焊接速度成反比;縱向殘余應(yīng)力峰值出現(xiàn)在攪拌區(qū)域的邊緣,隨著焊接速度的增大,差厚板縱向殘余應(yīng)力均相對增大。而2mm薄板峰值殘余應(yīng)力略大于4mm薄板。差厚鋁合金板溫度場與軸肩直徑呈正比,且4mm薄板比2mm薄板的高溫區(qū)域大。隨著軸肩直徑的增加,差厚板的低溫區(qū)域逐漸增大,同時(shí)隨著軸肩直徑增大,縱向殘余應(yīng)力峰值也增大。課題研究對指導(dǎo)差厚鋁合金板攪拌摩擦焊接工藝參數(shù)的科學(xué)制定;以及對進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本,均有著重要的意義。
【圖文】：

摩擦焊接冷卻后存在的殘余應(yīng)力影響的構(gòu)寸穩(wěn)定性和抗腐蝕性能等都具有十分重要差厚鋁合金板攪拌摩擦焊接的參數(shù)；以及均有重要的意義。概述原理FSW）過程中，攪拌頭（帶有特殊柱形或，焊件周圍固定防止移動(dòng)。攪拌頭高速旋拌頭的移動(dòng)，從而促使攪拌頭附近的區(qū)域的最高穩(wěn)定溫度一直小于金屬材料熔點(diǎn)。當(dāng)面的熱塑化材料由于在軸肩和焊件之間產(chǎn)發(fā)生遷移，從軸肩前部轉(zhuǎn)移至后部，并形焊接部件如圖 1-1 所示。

重慶交通大學(xué)碩士學(xué)位論文船舶制造領(lǐng)域在國外船舶制造領(lǐng)域上使攪拌摩擦焊投入深入的研究和廣泛的應(yīng)用，尤板大型結(jié)構(gòu)型材方面的典型例子，當(dāng)屬 1996 年，挪威 MARINE 公司順SW 技術(shù)應(yīng)用在鋁合金快速艦船的甲板、側(cè)板等結(jié)構(gòu)件制造中。日本及挪多國家船舶制造公司均采用了攪拌摩擦焊技術(shù)焊接，不僅使制造時(shí)的裝便精確，，同時(shí)還能節(jié)省成品時(shí)間。圖 1-2 所示為某船舶制造商采用 FSW壓型材焊接成的甲板。在國內(nèi)目前，華東船舶工業(yè)學(xué)院在內(nèi)的一些高校也在研究攪拌摩擦焊接運(yùn)用到船舶甲板上的工藝[22,23]，相信未來幾年內(nèi)，焊在國內(nèi)的船舶制造業(yè)前景非常可觀。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG453.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2564506