發(fā)布時間：2017-07-29 09:35

  本文關鍵詞：5052和6061鋁合金攪拌摩擦焊接工藝及仿真分析

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【摘要】：攪拌摩擦焊技術是最具有潛力的固相焊接方法之一。近些年來,攪拌摩擦焊技術發(fā)展迅速,在航空、船舶、核工業(yè)和機車等很多領域獲得了廣泛運用。論文針對某高速列車用3mm的5052和4mm的6061鋁合金薄板進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)進行攪拌摩擦焊接。針對所有的FSW接頭做了常規(guī)力學性能試驗,并觀察了微觀組織。結果表明,針對3mm的5052鋁合金薄板,當攪拌頭轉速為R=1000r/min.焊接速度為v=100mm/min時接頭綜合性能較佳；4mm的6061鋁合金薄板在攪拌頭轉速R=800r/min、焊接速度為v=120mm/min時接頭性能較佳；最高抗拉強度均能達到母材強度的約90%；焊縫區(qū)硬度均低于母材,熱機影響區(qū)硬度最低。同時,選擇兩種鋁合金材料的接頭各五組測試其殘余應力,分析攪拌摩擦焊工藝參數(shù)對接頭殘余應力分布的影響。攪拌摩擦焊焊接接頭殘余應力并非對稱分布,焊縫區(qū)前進側殘余應力值要比后退側殘余應力值高；FSW接頭的縱向殘余應力值比橫向殘余應力值大得多；攪拌頭轉速越快,殘余應力越大；隨著焊接速度增大,殘余應力水平變高。針對4mm的6061鋁合金攪拌摩擦建立了一個合理的熱輸入模型,運用ANSYS Workbench仿真平臺進行有限元分析,計算攪拌摩擦焊接的溫度場及應力場分布。分析不同焊接速度和攪拌頭旋轉速度對溫度場及應力場分布的影響,計算結果與試驗結果基本一致。結果表明,軸肩影響區(qū)的最高溫度約320℃,與實測結果相符,驗證了該熱源模型時合理的；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；殘余應力最大值出現(xiàn)在焊縫中心,計算的應力值比實測值稍低,該焊接模型仍需進一步優(yōu)化。
【關鍵詞】：攪拌摩擦焊 鋁合金 焊接工藝 殘余應力 焊接仿真
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 焊接殘余應力16-17
• 1.3.1 焊接殘余應力的概念16
• 1.3.2 焊接殘余應力研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 攪拌摩擦焊接溫度場模擬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容20-21
• 第2章 試驗方法與過程21-28
• 2.1 試驗材料21
• 2.2 試驗設備與測試方法21-28
• 2.2.1 焊接設備與焊接工藝試驗21-24
• 2.2.2 焊縫檢測與常規(guī)力學性能試驗24-25
• 2.2.3 硬度試驗與微觀組織觀察25-26
• 2.2.4 焊接殘余應力測試方法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)力學性能33-43
• 3.3.1 FSW接頭拉伸試驗結果34-39
• 3.3.2 FSW接頭彎曲試驗結果39
• 3.3.3 FSW接頭硬度試驗結果39-43
• 3.4 FSW接頭殘余應力結果43-50
• 3.4.1 應力釋放系數(shù)的標定43-45
• 3.4.2 殘余應力測試45-48
• 3.4.3 焊接工藝對FSW殘余應力的影響48-50
• 3.5 本章小結50-52
• 第4章 鋁合金攪拌摩擦焊仿真分析52-73
• 4.1 ANSYS Workbench平臺介紹52
• 4.2 攪拌摩擦焊的ANSYS熱-應力分析原理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-應力耦合計算與分析58-68
• 4.3.1 創(chuàng)建分析項目58-59
• 4.3.2 材料定義59
• 4.3.3 建立和模型59-60
• 4.3.4 網格與結構60-61
• 4.3.5 邊界條件61
• 4.3.6 熱源加載61-62
• 4.3.7 溫度場結果與分析62-66
• 4.3.8 應力場結果與分析66-68
• 4.4 焊接參數(shù)對FSW焊接過程中溫度場及殘余應力的影響68-72
• 4.4.1 攪拌頭轉速對攪拌摩擦焊接的影響69-70
• 4.4.2 焊接速度對攪拌摩擦焊接的影響70-72
• 4.5 本章小結72-73
• 結論73-74
• 參考文獻74-78
• 致謝78-79
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文79

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