發(fā)布時間：2021-01-29 17:34

　　攪拌摩擦焊接工藝自上世紀90年代問世以來,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、造船及鐵路等鋁合金結(jié)構(gòu)件制造領(lǐng)域。由于鋁合金具有熔點低、線膨脹系數(shù)大和熱導(dǎo)率高等特性,使得在焊接結(jié)束后焊件產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力和失穩(wěn)變形,這會嚴重影響到焊接接頭的質(zhì)量和力學(xué)性能。基于此,本文采用靜止軸肩攪拌摩擦焊來控制焊接殘余應(yīng)力和變形,并通過實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,進一步分析鋁合金板材焊接接頭的應(yīng)力變化規(guī)律。本文選取厚度為3mm的6005A-T6鋁合金板材作為研究對象,首先采用ABAQUS有限元分析軟件對常規(guī)FSW和SSFSW的溫度場進行預(yù)測,研究不同焊接速度對焊縫區(qū)域溫度分布的影響。結(jié)果表明:焊接速度越大,焊縫溫度越低;外部靜止軸肩在焊接過程中吸收了大量的摩擦熱,降低了焊縫的溫度峰值,縮小了高溫分布區(qū)域。其次,將溫度場的熱源模型轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)模型,并將溫度場模擬結(jié)果作為熱載荷疊加到結(jié)構(gòu)模型中進行應(yīng)力分析。結(jié)果表明:在焊接過程中,攪拌工具前方受熱膨脹的材料被周圍溫度較低的材料所限制,產(chǎn)生壓縮應(yīng)力;而攪拌工具后方已經(jīng)軟化的材料,由于冷卻收縮被焊縫周圍材料所約束,從而產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。最后,對常規(guī)FSW和SSFSW的殘余應(yīng)力與... 

【文章來源】：沈陽航空航天大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

小孔法測量殘余應(yīng)力

沈陽航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文周環(huán)境相互散熱的影響；攪拌頭后方的材料向四周熱輻射，從而引起縱向收縮，但由于收縮受到焊縫周圍冷金屬的約束而產(chǎn)生縱向拉伸應(yīng)力。另外，由機械作用產(chǎn)生的應(yīng)力和冷卻收縮引起的應(yīng)力相互疊加在前進側(cè)產(chǎn)生最大的縱向拉伸應(yīng)力，這導(dǎo)致了焊接接頭種殘余應(yīng)力的不對稱分布，如圖 1.5 所示。

a) 云干涉與鉆孔系統(tǒng) b) 縱向殘余應(yīng)力沿垂直焊縫方向和沿深度方向的分布圖 1.6 云紋干涉法測量殘余應(yīng)力Hatamleh 等人采用激光和噴丸處理等表面處理工藝應(yīng)用于 2195 和 7075 鋁合金攪拌摩擦焊縫表面，然后通過 X 射線衍射技術(shù)測量焊后試樣的表面殘余應(yīng)力[49]。多層激光噴丸可獲得較深的壓縮殘余應(yīng)力，隨著噴丸層數(shù)的增加，2195 鋁合金層的壓應(yīng)力成正比增加，對于 7075 鋁合金層隨著噴丸層數(shù)的增加，殘余應(yīng)力變化不大。Commin等人研究了接頭微觀結(jié)構(gòu)的演變對于鎂合金熱拉伸性能的影響[50]。保持焊接速度和旋轉(zhuǎn)速度不變，選用兩種直徑分別為 10mm和 13mm 的軸肩進行焊接實驗，由于組織性能的不同所獲得焊縫殘余應(yīng)力分布存在較大差異。較大的殘余拉伸應(yīng)力產(chǎn)生在在熱機影響區(qū)，并且位于焊縫前進側(cè)的殘余拉伸應(yīng)力更大。Rivero 等人研究了 2195 鋁鋰合金攪拌摩擦焊噴丸后應(yīng)力的釋放和殘余應(yīng)力的分布特征[51]。試驗結(jié)果表明，小板的母材特性在焊縫附近保持不變，小板區(qū)域沒有明顯的殘余應(yīng)力分布規(guī)律，殘余應(yīng)力的大小主要在 10MPa~50MPa之間。在距焊縫 25mm 左右的地方，中厚板和大板的殘余應(yīng)力從壓應(yīng)力到拉伸應(yīng)力的大小發(fā)生了變化，焊核區(qū)與熱機影響區(qū)界面的最大拉伸殘余應(yīng)力分別達到 120MPa 和200MPa。最后通過應(yīng)用激光噴丸處理技術(shù)，在施加第一次循環(huán)載荷時焊件表面和內(nèi)部

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋼結(jié)構(gòu)焊接變形和焊接應(yīng)力控制分析[J]. 史慧.  四川水泥. 2017(12)
[2]6061/AZ31B異種材料FSW過程的溫度場研究[J]. 劉震磊,崔祜濤,姬書得,徐敏強,楊占鵬,孟祥晨.  熱加工工藝. 2016(13)
[3]6061-T6鋁合金的靜止軸肩攪拌摩擦焊工藝及組織性能[J]. 申浩,楊新岐,李冬曉,崔雷.  焊接學(xué)報. 2016(05)
[4]2A14鋁合金雙軸肩攪拌摩擦焊的溫度場模擬及測定[J]. 張驍,王敏,張會杰,張景寶.  焊接. 2015(09)
[5]攪拌摩擦焊殘余應(yīng)力研究現(xiàn)狀及展望[J]. 牛鵬亮,李文亞.  精密成形工程. 2015(05)
[6]鎂合金攪拌摩擦焊的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 楊素媛,劉冬冬.  稀有金屬. 2014(05)
[7]2024-T351鋁合金攪拌摩擦焊焊件內(nèi)部殘余應(yīng)力測試[J]. 張津,李峰,鄭林,郭學(xué)博.  機械工程學(xué)報. 2013(02)
[8]熱電偶測溫技術(shù)在埋弧焊溫度場測量中的應(yīng)用[J]. 趙波,楊瑋瑋,張紅,胡海朝,楊新岐,陳小偉,李志華,李國鵬.  焊管. 2012(12)
[9]LY12鋁合金攪拌摩擦焊接頭殘余應(yīng)力分析[J]. 王希靖,李娜,張忠科,李長瑞.  焊接學(xué)報. 2012(09)
[10]LC9鋁合金攪拌摩擦焊熱力影響區(qū)金屬的變形行為研究[J]. 邢麗,熊俊,劉奮成,楊成剛,夏春.  南昌航空大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2012(02)

博士論文
[1]鋁合金靜止軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)研究[D]. 李冬曉.天津大學(xué) 2015

碩士論文
[1]Al-Mg-Si 6082合金MIG焊焊接應(yīng)力與變形的數(shù)值模擬分析[D]. 王巖.中南林業(yè)科技大學(xué) 2012



本文編號：3007296