本文關(guān)鍵詞：CMT條件下鋁在不同板材上潤(rùn)濕行為及數(shù)值模擬

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【摘要】：鋁-鋼、鋁-鈦及鋁-銅的連接件被廣泛地應(yīng)用于汽車、航天航空、軍工及家電等行業(yè),但在實(shí)際生產(chǎn)中鋁-鋼、鋁-鈦、鋁-銅易形成硬脆的金屬間化合物,降低接頭性能。與此同時(shí),異種金屬接頭的良好性能和焊接過(guò)程中熔滴與母材的潤(rùn)濕鋪展及界面反應(yīng)緊密相關(guān),但在實(shí)際連接過(guò)程中對(duì)熔滴金屬潤(rùn)濕的控制及表征較為困難。因此,在減少金屬間化合物量的前提下,需改善熔滴和母材的潤(rùn)濕鋪展并對(duì)其進(jìn)行定量分析。在CMT(Cold Metal Transfer)條件下,通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬兩種手段對(duì)熔滴和母材的潤(rùn)濕鋪展進(jìn)行分析。首先,實(shí)驗(yàn)采用激光背光和CCD數(shù)碼相機(jī),以動(dòng)態(tài)座滴法分析了AlSi_5合金分別在TA2鈦板和T2銅板上的潤(rùn)濕行為。結(jié)果表明:鋁-鈦、鋁-銅在CMT條件下潤(rùn)濕行為的變化(接觸角和接觸半徑隨時(shí)間的變化)及最終的潤(rùn)濕性與鈦板、銅板表面氧化膜的清理程度有關(guān)。在僅機(jī)械清理鈦板、銅板表面氧化膜的情況下,少量氧化膜會(huì)在AlSi_5合金潤(rùn)濕鋪展初期起到阻礙作用,表現(xiàn)為三相線阻滯。同時(shí)氧化膜降低了界面反應(yīng)性,使得在同一焊接參數(shù)下機(jī)械和化學(xué)共同清理下的界面反應(yīng)程度較僅機(jī)械清理下的界面反應(yīng)劇烈。與僅機(jī)械清理鈦板、銅板表面氧化膜下的潤(rùn)濕結(jié)果相比,在機(jī)械和化學(xué)共同清理下,AlSi_5合金在鈦板和銅板上的潤(rùn)濕性更好,且在潤(rùn)濕行為中不發(fā)生三相線阻滯。其次,采用VOF(Volume of Fluid)三相流模型和凝固熔化模型進(jìn)行數(shù)值模擬,建立了熔融AlSi_5合金在基板上(鋼板、鈦板和銅板)的潤(rùn)濕鋪展模型,并分別計(jì)算了在CMT條件下不同送絲速度下第一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)熔融AlSi_5合金在不同板材上的潤(rùn)濕行為。結(jié)果表明:影響熔融AlSi_5合金在不同基板上潤(rùn)濕鋪展的主要因素為溫度場(chǎng)分布。由于存在熱量交換,AlSi_5合金在鈦板和鋼板上鋪展時(shí),AlSi_5合金首先在三相線處發(fā)生凝固,然后向AlSi_5合金中心蔓延。而AlSi_5合金在銅板上鋪展時(shí),AlSi_5合金直接在底部發(fā)生凝固,然后逐漸向上蔓延。AlSi_5合金在鋼板、鈦板和銅板上鋪展時(shí),已凝固AlSi_5合金對(duì)其自身鋪展有一定阻礙作用。此外,隨送絲速度的增加,AlSi_5合金在鋼板、鈦板和銅板上的潤(rùn)濕性也變好。最后,對(duì)AlSi_5合金在鋼板、鈦板和銅板上的潤(rùn)濕結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)隨板材導(dǎo)熱系數(shù)的降低(銅板鋼板鈦板),同一時(shí)刻下AlSi_5合金在板材上鋪展時(shí)的溫度越高,已凝固AlSi_5合金的量越少,表現(xiàn)為AlSi_5合金在板材上的潤(rùn)濕性越好。通過(guò)分析AlSi_5合金在不同板材上潤(rùn)濕時(shí)接觸角和毛細(xì)數(shù)的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)其接觸角隨毛細(xì)數(shù)的增加呈線性減小。
【關(guān)鍵詞】：冷金屬過(guò)渡 鋁-鋼、鋁-鈦、鋁-銅 潤(rùn)濕鋪展 界面結(jié)構(gòu) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG406
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題的背景和意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 異種金屬潤(rùn)濕性的實(shí)驗(yàn)研究11-12
• 1.2.2 異種金屬焊接性12-14
• 1.2.3 潤(rùn)濕鋪展數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文主要研究的內(nèi)容16-17
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)學(xué)建模17-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料17
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備17-19
• 2.2.1 潤(rùn)濕實(shí)驗(yàn)設(shè)備17-18
• 2.2.2 微觀組織和相成分分析設(shè)備18-19
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法19-20
• 2.3.1 焊前處理19
• 2.3.2 潤(rùn)濕性表征19-20
• 2.3.3 微觀組織分析20
• 2.4 模型假設(shè)及網(wǎng)格劃分20-21
• 2.5 控制方程組及邊界條件21-24
• 2.5.1 控制方程組及源項(xiàng)21-23
• 2.5.2 自由表面和凝固界面跟蹤法23-24
• 2.5.3 邊界條件24
• 2.6 材料物性參數(shù)24-26
• 2.7 模擬計(jì)算的實(shí)現(xiàn)26-27
• 2.8 本章小結(jié)27-28
• 第3章 鋁-鋼潤(rùn)濕行為分析28-41
• 3.1 初始溫度的確定28-30
• 3.1.1 同一送絲速度下鋁合金和鋼板溫度的差值28
• 3.1.2 不同送絲速度下鋁合金溫度的差值28-29
• 3.1.3 不同送絲速度下的初始化溫度29-30
• 3.2 模擬結(jié)果與分析30-34
• 3.2.1 溫度場(chǎng)分析30-31
• 3.2.2 形態(tài)演變分析31-32
• 3.2.3 凝固熔化分析32-33
• 3.2.4 模擬與實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析33-34
• 3.3 潤(rùn)濕行為及分析34-39
• 3.3.1 初始速度對(duì)潤(rùn)濕結(jié)果的影響34-35
• 3.3.2 不同送絲速度下的數(shù)值計(jì)算及分析35-36
• 3.3.3 接觸角和接觸半徑隨時(shí)間的變化36-37
• 3.3.4 其他因素對(duì)潤(rùn)濕行為的影響37-39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第4章 鋁-鈦潤(rùn)濕行為分析41-49
• 4.1 潤(rùn)濕行為41-42
• 4.1.1 僅機(jī)械清理下的潤(rùn)濕行為41-42
• 4.1.2 機(jī)械和化學(xué)共同清理下的潤(rùn)濕行為42
• 4.2 界面結(jié)構(gòu)42-45
• 4.2.1 僅機(jī)械清理下的界面微觀結(jié)構(gòu)43-44
• 4.2.2 機(jī)械和化學(xué)共同清理下的界面微觀結(jié)構(gòu)44-45
• 4.3 數(shù)值計(jì)算45-48
• 4.3.1 初始溫度的確定45-47
• 4.3.2 潤(rùn)濕行為及分析47-48
• 4.4 本章小結(jié)48-49
• 第5章 鋁-銅潤(rùn)濕行為分析49-58
• 5.1 潤(rùn)濕行為49-50
• 5.1.1 僅機(jī)械清理下的潤(rùn)濕行為49
• 5.1.2 機(jī)械和化學(xué)共同清理下的潤(rùn)濕行為49-50
• 5.2 界面結(jié)構(gòu)50-53
• 5.2.1 僅機(jī)械清理下的界面微觀結(jié)構(gòu)50-52
• 5.2.2 機(jī)械和化學(xué)共同清理下的界面微觀結(jié)構(gòu)52-53
• 5.3 數(shù)值計(jì)算53-57
• 5.3.1 初始溫度的確定53-55
• 5.3.2 潤(rùn)濕行為及分析55-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 第6章 不同板材對(duì)鋁合金潤(rùn)濕行為的影響58-63
• 6.1 不同板材物性差異58
• 6.2 鋁合金在不同板材的潤(rùn)濕結(jié)果58-61
• 6.2.1 鋁合金在不同板材的潤(rùn)濕能力58-59
• 6.2.2 鋁合金在不同板材的溫度場(chǎng)分析59-60
• 6.2.3 鋁合金在不同板材的形態(tài)和凝固熔化演變60-61
• 6.3 接觸角和毛細(xì)數(shù)的關(guān)系61-62
• 6.4 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論與展望63-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 致謝69-70
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄70

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：672970