本文關(guān)鍵詞：5052和6061鋁合金攪拌摩擦焊接工藝及仿真分析

  更多相關(guān)文章： 攪拌摩擦焊 鋁合金 焊接工藝 殘余應(yīng)力 焊接仿真

【摘要】：攪拌摩擦焊技術(shù)是最具有潛力的固相焊接方法之一。近些年來,攪拌摩擦焊技術(shù)發(fā)展迅速,在航空、船舶、核工業(yè)和機(jī)車等很多領(lǐng)域獲得了廣泛運(yùn)用。論文針對(duì)某高速列車用3mm的5052和4mm的6061鋁合金薄板進(jìn)行了攪拌摩擦焊接研究。首先,選定了0.3 mm的壓入量,采用多組焊接工藝參數(shù)進(jìn)行攪拌摩擦焊接。針對(duì)所有的FSW接頭做了常規(guī)力學(xué)性能試驗(yàn),并觀察了微觀組織。結(jié)果表明,針對(duì)3mm的5052鋁合金薄板,當(dāng)攪拌頭轉(zhuǎn)速為R=1000r/min.焊接速度為v=100mm/min時(shí)接頭綜合性能較佳；4mm的6061鋁合金薄板在攪拌頭轉(zhuǎn)速R=800r/min、焊接速度為v=120mm/min時(shí)接頭性能較佳；最高抗拉強(qiáng)度均能達(dá)到母材強(qiáng)度的約90%；焊縫區(qū)硬度均低于母材,熱機(jī)影響區(qū)硬度最低。同時(shí),選擇兩種鋁合金材料的接頭各五組測(cè)試其殘余應(yīng)力,分析攪拌摩擦焊工藝參數(shù)對(duì)接頭殘余應(yīng)力分布的影響。攪拌摩擦焊焊接接頭殘余應(yīng)力并非對(duì)稱分布,焊縫區(qū)前進(jìn)側(cè)殘余應(yīng)力值要比后退側(cè)殘余應(yīng)力值高；FSW接頭的縱向殘余應(yīng)力值比橫向殘余應(yīng)力值大得多；攪拌頭轉(zhuǎn)速越快,殘余應(yīng)力越大；隨著焊接速度增大,殘余應(yīng)力水平變高。針對(duì)4mm的6061鋁合金攪拌摩擦建立了一個(gè)合理的熱輸入模型,運(yùn)用ANSYS Workbench仿真平臺(tái)進(jìn)行有限元分析,計(jì)算攪拌摩擦焊接的溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)分布。分析不同焊接速度和攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度對(duì)溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)分布的影響,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致。結(jié)果表明,軸肩影響區(qū)的最高溫度約320℃,與實(shí)測(cè)結(jié)果相符,驗(yàn)證了該熱源模型時(shí)合理的；焊縫區(qū)最高溫度約550℃；鋁合金薄板在厚度方向上的溫度差異不明顯；殘余應(yīng)力最大值出現(xiàn)在焊縫中心,計(jì)算的應(yīng)力值比實(shí)測(cè)值稍低,該焊接模型仍需進(jìn)一步優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】：攪拌摩擦焊 鋁合金 焊接工藝 殘余應(yīng)力 焊接仿真
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG453.9
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-21
• 1.1 引言12-13
• 1.2 攪拌摩擦焊接概述13-16
• 1.2.1 攪拌摩擦焊接原理及特點(diǎn)13-14
• 1.2.2 鋁合金攪拌摩擦焊接工藝14-15
• 1.2.3 FSW接頭分區(qū)15-16
• 1.3 焊接殘余應(yīng)力16-17
• 1.3.1 焊接殘余應(yīng)力的概念16
• 1.3.2 焊接殘余應(yīng)力研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 攪拌摩擦焊接溫度場(chǎng)模擬17-18
• 1.5 攪拌摩擦焊研究現(xiàn)狀18-20
• 1.5.1 FSW工藝研究現(xiàn)狀19
• 1.5.2 FSW接頭性能研究現(xiàn)狀19-20
• 1.6 選題意義和研究主要內(nèi)容20-21
• 第2章 試驗(yàn)方法與過程21-28
• 2.1 試驗(yàn)材料21
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備與測(cè)試方法21-28
• 2.2.1 焊接設(shè)備與焊接工藝試驗(yàn)21-24
• 2.2.2 焊縫檢測(cè)與常規(guī)力學(xué)性能試驗(yàn)24-25
• 2.2.3 硬度試驗(yàn)與微觀組織觀察25-26
• 2.2.4 焊接殘余應(yīng)力測(cè)試方法26-28
• 第3章 兩種鋁合金攪拌摩擦焊接頭性能與組織28-52
• 3.1 焊接接頭成形及缺陷分析28-31
• 3.1.1 FSW接頭焊縫表面成形28-30
• 3.1.2 FSW接頭缺陷分析30-31
• 3.2 FSW接頭組織觀察與分析31-33
• 3.2.1 FSW接頭宏觀形貌分析31-32
• 3.2.2 FSW接頭微觀形貌分析32-33
• 3.3 FSW接頭常規(guī)力學(xué)性能33-43
• 3.3.1 FSW接頭拉伸試驗(yàn)結(jié)果34-39
• 3.3.2 FSW接頭彎曲試驗(yàn)結(jié)果39
• 3.3.3 FSW接頭硬度試驗(yàn)結(jié)果39-43
• 3.4 FSW接頭殘余應(yīng)力結(jié)果43-50
• 3.4.1 應(yīng)力釋放系數(shù)的標(biāo)定43-45
• 3.4.2 殘余應(yīng)力測(cè)試45-48
• 3.4.3 焊接工藝對(duì)FSW殘余應(yīng)力的影響48-50
• 3.5 本章小結(jié)50-52
• 第4章 鋁合金攪拌摩擦焊仿真分析52-73
• 4.1 ANSYS Workbench平臺(tái)介紹52
• 4.2 攪拌摩擦焊的ANSYS熱-應(yīng)力分析原理52-58
• 4.2.1 ANSYS熱力分析原理52-54
• 4.2.2 ANSYS熱力耦合54
• 4.2.3 攪拌摩擦焊微分方程54-55
• 4.2.4 攪拌摩擦焊熱源模型55-58
• 4.3 FSW熱-應(yīng)力耦合計(jì)算與分析58-68
• 4.3.1 創(chuàng)建分析項(xiàng)目58-59
• 4.3.2 材料定義59
• 4.3.3 建立和模型59-60
• 4.3.4 網(wǎng)格與結(jié)構(gòu)60-61
• 4.3.5 邊界條件61
• 4.3.6 熱源加載61-62
• 4.3.7 溫度場(chǎng)結(jié)果與分析62-66
• 4.3.8 應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果與分析66-68
• 4.4 焊接參數(shù)對(duì)FSW焊接過程中溫度場(chǎng)及殘余應(yīng)力的影響68-72
• 4.4.1 攪拌頭轉(zhuǎn)速對(duì)攪拌摩擦焊接的影響69-70
• 4.4.2 焊接速度對(duì)攪拌摩擦焊接的影響70-72
• 4.5 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 致謝78-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文79

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