【摘要】：攪拌摩擦焊接是一種新型固態(tài)焊接工藝,由于其具有焊接溫度低、焊接變形小、無(wú)污染等特點(diǎn),針對(duì)輕質(zhì)合金的焊接,如鋁合金、鎂合金等具有明顯的優(yōu)勢(shì),并已逐漸替代了很多工業(yè)應(yīng)用中的傳統(tǒng)焊接方式。如何能夠有效的模擬攪拌摩擦焊接工藝過(guò)程,與試驗(yàn)結(jié)合,對(duì)焊接工藝優(yōu)化具有重要意義。將攪拌摩擦焊接有限元模型與材料學(xué)和熱力學(xué)相結(jié)合,為攪拌摩擦焊接過(guò)程—工藝參數(shù)—力學(xué)性能的一體化研究提供了思路。通過(guò)有效的數(shù)值手段仿真攪拌摩擦焊接過(guò)程可以免去大量重復(fù)的實(shí)驗(yàn),降低研究成本,并且能夠從中提煉出整個(gè)焊接過(guò)程在不同工況作用下展現(xiàn)的規(guī)律性和差異性�；谝陨纤霰尘�,通過(guò)建立數(shù)值模型的方式來(lái)研究攪拌摩擦焊接為處理實(shí)際焊接工藝提供了有針對(duì)性的參考和指導(dǎo)。本文針對(duì)廣泛使用的6xxx系列鋁合金建立了基于完全熱力耦合模型的攪拌摩擦焊接微觀組織—強(qiáng)度—形變硬化演變的計(jì)算模型,研究了攪拌摩擦焊接過(guò)程中的晶粒尺寸變化和析出相演化,以此為基礎(chǔ),對(duì)焊后力學(xué)性能和熱處理影響進(jìn)行了進(jìn)一步研究。第一,通過(guò)有限元軟件DEFORM-3D建立了基于自適應(yīng)網(wǎng)格重剖分的攪拌摩擦焊接完全熱力耦合模型。利用物質(zhì)點(diǎn)追蹤技術(shù)在焊接模擬過(guò)程中對(duì)截面構(gòu)件在攪拌針附件的材料流向進(jìn)行分析,預(yù)測(cè)焊接接頭在截面上形成攪拌區(qū)的形貌,結(jié)合再結(jié)晶計(jì)算公式,并對(duì)不同焊接工況作用下的焊核區(qū)內(nèi)發(fā)生再結(jié)晶的晶粒尺寸進(jìn)行預(yù)測(cè),同時(shí)對(duì)比了不同焊接工況作用下沿構(gòu)件薄板厚度方向計(jì)算再結(jié)晶得到的晶粒尺寸大小。第二,以過(guò)飽和固溶體在溫度變化作用下發(fā)生相變以及第二相析出生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)行為為理論基礎(chǔ),建立了 6xxx系鋁合金的微觀組織演化模型。通過(guò)計(jì)算過(guò)飽和固溶體在等溫以及非等溫時(shí)效過(guò)程中發(fā)生的沉淀演化機(jī)制,得到等溫及非等溫過(guò)程中任意時(shí)刻的微觀組織演化參數(shù),與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果相對(duì)比能夠驗(yàn)證該計(jì)算模型算法的有效性。結(jié)合之前建立的攪拌摩擦焊接熱力耦合模型對(duì)不同焊接工況進(jìn)行計(jì)算,提取出溫度歷史計(jì)算了6005A-T6鋁合金在攪拌摩擦焊接中的析出相演化過(guò)程。第三,進(jìn)一步考慮位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與第二相粒子的交互作用,建立了 6xxx系鋁合金的屈服強(qiáng)度和形變硬化的計(jì)算模型。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值作對(duì)比,能夠驗(yàn)證過(guò)飽和固溶體在等溫及非等溫時(shí)效過(guò)程中出現(xiàn)的屈服強(qiáng)度和形變硬化參數(shù)演化的準(zhǔn)確性,并計(jì)算了6005A-T6鋁合金在攪拌摩擦焊接不同焊接工況下接頭的強(qiáng)度演變過(guò)程,得到了接頭初始強(qiáng)度和形變硬化參數(shù)沿截面方向的分布,從靜態(tài)屈服強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)形變硬化兩方面解釋了焊后接頭截面出現(xiàn)強(qiáng)度最弱區(qū)域的原因。最后,聯(lián)立微觀組織演化和初始屈服強(qiáng)度計(jì)算模型,進(jìn)一步研究焊后人工時(shí)效對(duì)攪拌摩擦焊接構(gòu)件微觀組織演化和力學(xué)性能的影響機(jī)理,對(duì)6005A-T6焊接接頭采用不同時(shí)長(zhǎng)和不同溫度組合的焊后人工時(shí)效的演變機(jī)制進(jìn)行分析,得到不同組合焊后時(shí)效的接頭粒子分布形貌。另外,研究了幾種常用6xxx系鋁合金在主要溶質(zhì)成分范圍內(nèi)隨機(jī)分布的差異性,并得到不同種類接頭的焊后截面特性分布區(qū)間范圍。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG453.9
【圖文】：

一種基于固相連接技術(shù)的焊接工藝［１］。這項(xiàng)工藝技術(shù)將旋轉(zhuǎn)的攪拌頭（Ｗｅｌｄｉｎｇ邋ｔｏｏｌ）插入逡逑待焊區(qū)域，焊接構(gòu)件受到摩擦生熱以及塑性變形生熱，導(dǎo)致焊接區(qū)域發(fā)生軟化，在熱和逡逑塑性流動(dòng)的共同作用下，形成可靠的焊接接頭，如圖１所示。在攪拌摩擦焊接過(guò)程中，逡逑焊接區(qū)域的材料始終處于固相狀態(tài)并未發(fā)生熔化，避免了傳統(tǒng)焊接工藝中發(fā)生的焊接缺逡逑陷Ｈ，如在傳統(tǒng)熔焊過(guò)程中容易導(dǎo)致焊接前后體積發(fā)生變化、氣體溶解度的改變等Ｗ。逡逑攪拌摩擦焊接中，較低的焊接溫度使焊接構(gòu)件具有較小的焊接變形以及焊后殘余應(yīng)力，逡逑并提高焊接接頭的疲勞表現(xiàn)＋９］。另外，焊接過(guò)程中構(gòu)件受到攪拌頭的作用力，攪拌摩擦逡逑焊接可以認(rèn)為是一個(gè)完全機(jī)械化加工過(guò)程［ＩＣ）］，因此，相較于電弧焊等焊接工藝，攪拌摩逡逑擦焊接大大降低了操作技術(shù)需求。此外，攪拌摩擦焊接能夠大量減少或是完全清除焊接逡逑過(guò)程中帶來(lái)的煙塵并且大大降低了能耗以及對(duì)環(huán)境造成的影響［１Ｍ６］。逡逑ＢＳ，邐－＃邋；邐Ａ＼ｉａｌ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ逡逑—邋Ｉ邐

攪拌摩擦焊接接頭的成型包含了攪拌頭與焊接構(gòu)件之間的機(jī)械運(yùn)動(dòng)所形成的復(fù)雜逡逑熱力作用過(guò)程，焊接接頭在微觀結(jié)構(gòu)上展現(xiàn)出明顯的不均勻性。從焊接構(gòu)件受攪拌頭作逡逑用以及焊接構(gòu)件材料的流向角度來(lái)看，如圖１．２所展示［１８］，在接頭范圍內(nèi)焊接構(gòu)件可再逡逑細(xì)劃分為三個(gè)不同的區(qū)域：１．?dāng)嚢桀^軸肩影響區(qū)域（Ｓｈｏｕｌｄｅｒ邋ａｆｆｅｃｔｅｄ邋ｚｏｎｅ）；邋２．搜拌針逡逑作用區(qū)域（Ｐｉｎ邋ａｆｆｅｃｔｅｄ邋ｚｏｎｅ）；邋３．焊接根部區(qū)域（Ｗｅｌｄ邋ｂｕｔｔ邋ｚｏｎｅ）。逡逑－２－逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 張昭;吳奇;張洪武;;轉(zhuǎn)速對(duì)攪拌摩擦焊接攪拌區(qū)晶粒尺寸影響[J];材料工程;2015年07期

2 張昭;吳奇;;基于材料流動(dòng)軌跡的攪拌摩擦焊接晶粒及焊接區(qū)大小預(yù)測(cè)模型[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2015年02期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張昭;攪拌摩擦焊接過(guò)程中材料行為及力學(xué)響應(yīng)的數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2727757