發(fā)布時間：2020-01-25 20:55

【摘要】：為了提高有限元模擬的準(zhǔn)確度,需要考慮焊接過程中材料行為的變化,不同的微觀組織導(dǎo)致在不同的溫度下材料的熱物性參數(shù)不同,從而影響不同時刻的溫度場。焊接過程的相變會形成新的微觀組織,然而目前大部分商業(yè)軟件計算溫度場時很少考慮焊接過程新相的產(chǎn)生對焊接溫度場的影響。因此,本文在5A06鋁合金激光焊接試驗(yàn)基礎(chǔ)上,設(shè)計有限元程序計算鋁合金激光焊接,建立相變模型及熱-相變耦合模型,計算焊接過程相變轉(zhuǎn)換組分,結(jié)合有限元方程求解5A06鋁合金激光焊接熱-相變耦合溫度場。通過焊接試驗(yàn)、相變轉(zhuǎn)換體積分?jǐn)?shù)以及熱-相變耦合模擬的結(jié)果對焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化。首先,以激光功率和焊接速度作為激光焊接試驗(yàn)的主要參數(shù),選擇3mm與4mm厚的5A06鋁合金試板,設(shè)計了不同焊接參數(shù)下激光焊接實(shí)驗(yàn)。測量焊縫熔池熔深,在一定的熱輸入范圍內(nèi)5A06激光焊接的熔深會隨著激光焊接的熱輸入的增加而增大,對激光焊接焊接接頭進(jìn)行顯微組織分析及XRD衍射分析,判定在焊接冷卻后得到的室溫組織主要是α(Al)+β(Al_3Mg_2),β相在焊接后大量彌散析出,試驗(yàn)采用的是激光不填絲自熔焊,焊接接頭處的成分變化較小,主要是Al和Mg,成分分布比較均勻。其次,本文設(shè)計了有限元方法求解相變體積分?jǐn)?shù)和熱-相變耦合溫度場的程序。建立六面體單元的幾何模型,組合熱源模型,采用線性插值方式建立材料模型,以JMAK方程為基礎(chǔ)建立固態(tài)相變計算模型,結(jié)合相變模型和材料模型,設(shè)計熱-相變耦合模擬。最后通過求解有限元方程組,實(shí)現(xiàn)了耦合固態(tài)相變的5A06鋁合金激光焊接溫度場模擬及固態(tài)相變組分的計算。通過有限元程序分析耦合模擬結(jié)果,得到XYZ三個軸方向的不同截面的溫度場云圖,發(fā)現(xiàn)熱-相變耦合的溫度場冷卻過程不會出現(xiàn)突變臺階,焊縫中心峰值溫度較未耦合相變的溫度場有所下降,究其本質(zhì)是熱-相變耦合改變了其材料熱物性參數(shù),使得與其相關(guān)的溫度場計算矩陣發(fā)生變化。從相變模擬結(jié)果中發(fā)現(xiàn),在5A06鋁合金焊接過程中主要在冷卻過程中發(fā)生α-β相變,α相基體中會彌散析出大量的β相,在焊接接頭β相的體積分?jǐn)?shù)能夠達(dá)到50%左右,模擬的結(jié)果和室溫下焊接接頭β相的體積分?jǐn)?shù)較為一致。熱源的中間部分,受到的邊界影響較小,相變較為穩(wěn)定,在焊接熱源的起始位置和結(jié)束位置,溫度場不穩(wěn)定,會出現(xiàn)相變的過渡區(qū)。最后,分析不同工藝參數(shù)對熱-相變耦合模擬溫度場和相變轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)的影響,結(jié)合熱循環(huán)曲線,激光焊接試驗(yàn)結(jié)果,焊接接頭的硬度分析和XRD衍射分析,提高模擬的準(zhǔn)確性和對激光焊接工藝優(yōu)化。
【圖文】：

圖 1.1 激光工作原理示意圖9]等對 2024 鋁合金采用激光焊接，通過正交試驗(yàn)的方法對影響，采用適當(dāng)?shù)墓β屎附雍穸葹?1.25mm 的薄板，激光功率不能燒。通過對焊縫成型和性能分析得到了一組符合國際標(biāo)準(zhǔn)的最織，在焊接快速冷卻條件下焊縫組織細(xì)化，呈等軸枝晶分布，2)和 θ(CuA12)兩相，主要的室溫組織是 α＋s＋θ，并分析了焊縫用 Nd :YAG 激光器對 Al-Li 合金試樣進(jìn)行激光焊接實(shí)驗(yàn)，從微形貌發(fā)生了改變，與母材有差別，晶粒指向也發(fā)生了變化。對、熱影響區(qū)、母材之間的硬度會有略微不同，其中原因可能與致硬度變化。 2×××系鋁合金等溫過程組織變化及相變動力學(xué)有一定研究，等析出第二相，在 TTT 曲線鼻尖溫度時相變驅(qū)動力很大，擴(kuò)散速形核和長大，通過 DSC 分析和顯微組織觀察確定發(fā)生固溶的溫材料組織的轉(zhuǎn)變，驟然增加或減小冷卻的速度可以改變第二相]等分別采用 TIG 和 MIG 焊接方法焊接 2024 鋁合金，，探究兩種

南京航空航天大學(xué)全日制專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文循環(huán)曲線分析 5A06 激光焊接過程中溫度的分布情況與變化規(guī)律，同時計算焊接過程中材料固態(tài)相變體積轉(zhuǎn)換分?jǐn)?shù)，得到溫度和固態(tài)相變組分關(guān)系。模擬計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，根據(jù)顯微組織、焊接接頭成分分析，對比模擬結(jié)果與實(shí)際相變情況，分析 5A06 鋁合金激光焊接不同工藝參數(shù)的影響，優(yōu)化焊接工藝。通過本文主要研究內(nèi)容，設(shè)計整個課題的研究技術(shù)路線如圖 1.3 所示。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG456.7

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳錕;吳新猛;劉克家;陳惠芬;;2024鋁合金相變的體積分析方法及應(yīng)用[J];金屬熱處理;2016年11期

2 李瑞英;趙明;吳春梅;;基于SYSWELD的雙橢球熱源模型參數(shù)的確定[J];焊接學(xué)報;2014年10期

3 高珊;任樹杰;吳志生;帥鵬;張心保;;深冷處理對5A06鋁合金TIG焊接頭組織的影響[J];焊接;2014年02期

4 雷正龍;李穎;陳彥賓;孫忠紹;張益坤;;雙光束激光填絲焊工藝對鋁合金焊接氣孔率的影響[J];焊接學(xué)報;2013年02期

5 李昊;陳潔;陳磊;陳進(jìn)春;劉紅兵;占小紅;;雙光束激光焊接技術(shù)在民用飛機(jī)上的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展[J];航空制造技術(shù);2012年21期

6 靳鵬飛;吳志生;高珊;劉翠榮;趙菲;;深冷處理對5A06鋁合金焊接接頭組織與性能的影響[J];焊接技術(shù);2011年01期

7 劉兵;彭超群;王日初;王小鋒;李婷婷;;大飛機(jī)用鋁合金的研究現(xiàn)狀及展望[J];中國有色金屬學(xué)報;2010年09期

8 紀(jì)春雨;李偉劍;李偉紅;孫儷燕;;激光焊接技術(shù)發(fā)展及其在航空工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[J];航空制造技術(shù);2009年S2期

9 張亮;王少剛;馬寅;;焊接工藝對2024鋁合金接頭組織與性能的影響[J];電焊機(jī);2009年07期

10 劉紅偉;王法科;王冬生;齊果;劉洪俠;陳東高;;5A06鋁合金焊接接頭性能研究[J];兵器材料科學(xué)與工程;2009年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 余陽春;激光填絲焊的焊絲熔入行為及工藝研究[D];華中科技大學(xué);2010年

2 杜漢斌;鈦合金激光焊接及其熔池流動場數(shù)值模擬[D];華中科技大學(xué);2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 臧昊;2024高強(qiáng)鋁合金高功率CO_2激光焊接性研究[D];上海交通大學(xué);2013年

2 羅豐;Q235B相變模型研究[D];武漢科技大學(xué);2011年

3 萬麗雯;鈦合金焊接工藝設(shè)計及熱影響區(qū)組織預(yù)測系統(tǒng)的建立[D];南京航空航天大學(xué);2011年

4 張亮;中厚板2024鋁合金的焊接工藝研究及數(shù)值模擬[D];南京航空航天大學(xué);2010年

5 張帆;鎂合金活性焊絲焊接機(jī)理研究及制備[D];大連理工大學(xué);2009年

6 鄭侃;薄壁鋁合金件激光焊接過程模擬仿真與分析研究[D];華中科技大學(xué);2009年

7 李航;焊接熱影響區(qū)固態(tài)相變過程組織模擬軟件平臺的建立[D];南京航空航天大學(xué);2009年

8 李建莉;2A16鋁合金激光焊接工藝研究及數(shù)值模擬[D];西安理工大學(xué);2009年

9 鄧玉平;鋁合金激光焊接工藝與接頭性能研究[D];華中科技大學(xué);2008年

10 熊智軍;鋁合金激光深熔焊熱過程數(shù)值模擬研究[D];吉林大學(xué);2006年

本文編號：2573111