本文關鍵詞：鋁鋼異厚金屬電弧輔助激光對接熔釬焊的數(shù)值模擬

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【摘要】：近年來,由于能源問題和車輛尾氣排放問題的日益嚴重,汽車輕量化得到世界各國越來越多的重視。鋁C鋼一體化結構滿足汽車、船舶、電力等領域節(jié)能減排的發(fā)展需求,具有良好的經(jīng)濟效益。但鋁C鋼異種金屬的優(yōu)質(zhì)、高效連接是焊接領域的難點問題。電弧輔助激光焊接技術,可有效地利用電弧熱源,在較小的激光功率條件下獲得較大的潤濕鋪展和界面反應,顯著提高了接頭的鋪展寬度,同時,冷卻時間的延長也降低了焊接變形產(chǎn)生的傾向,實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的焊接過程。因此研究鋁C鋼異種金屬的電弧輔助激光焊接具有重要的科學意義和應用前景。采用預制涂粉的方法,利用電弧輔助激光焊接方法,對不等厚度的鋁C鍍鋅鋼對接熔釬焊進行數(shù)值模擬分析。采用0 5B5有限元軟件,建立高斯熱源模型模擬(電弧和三維錐體熱源模型模擬激光的不重合組合熱源模型,對溫度場和應力場進行耦合分析,得到焊接過程中的溫度場和殘余應力分布;分析電弧輔助激光焊接的熱輸入、電弧電流、熱源中心間距等工藝參數(shù)對熔釬焊溫度場和殘余應力的影響,同時對比分析了單激光束焊接和電弧輔助激光焊接時相同參數(shù)對焊縫的溫度場和殘余應力場的影響。溫度場分析結果表明組合熱源的溫度場梯度比單一熱源較寬,溫度下降較為緩慢,延長了熔池的凝固時間,為焊縫節(jié)點達到局部最高溫度的時間也逐漸延長,兩種方式的溫度場模擬結果都與實驗結果吻合較好。殘余應力場分析結果表明不重合組合熱源的降溫延遲下,焊縫區(qū)域應力值很小,是處于零應力狀態(tài);而焊后冷卻,焊縫區(qū)域工件應力較小,變形相對較小;而單一熱源焊后發(fā)生了彎曲變形,兩頭上彎中間凹陷,鋼側(cè)焊接變形最大處呈現(xiàn)拉應力,在兩端逐漸過渡到壓應力,鋁合金受到焊接變形的影響呈現(xiàn)出相應的變形,但應力和變形較小,應力沒有超出屈服強度。應力場模擬值與實測值略有偏差,誤差的產(chǎn)生一方面是焊接后擱置時間較長伴有應力釋放;其次是測量精確性較差;再者所建立的數(shù)學物理模型有待進一步改進。數(shù)值分析結果表明,電弧輔助激光對接熔釬焊比單一激光焊接具有更好的焊接效果。該模擬分析可為優(yōu)化鋁C鋼電弧輔助激光熔釬焊接工藝與分析其機理提供依據(jù)。
【關鍵詞】：鋁鋼異厚金屬 熔釬焊 電弧輔助激光 對接接頭 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG457.1
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 課題背景與意義10-11
• 1.2 焊接數(shù)值模擬國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 激光焊接數(shù)值模擬的研究進展11-12
• 1.2.2 電弧焊接數(shù)值模擬的研究進展12-13
• 1.3 熔釬焊焊接在異種金屬的數(shù)值模擬國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1 熔釬焊焊接在異種金屬的數(shù)值模擬國外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 熔釬焊焊接在異種金屬的數(shù)值模擬國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 研究內(nèi)容15-16
• 第二章 焊接有限元分析的理論基礎16-24
• 2.1 有限元法概述16
• 2.2 溫度場的控制方程16-17
• 2.3 初始條件和邊界條件17
• 2.4 溫度場有限元求解17-18
• 2.5 熱應力場有限元求解18-21
• 2.5.1 焊接熱彈性問題19
• 2.5.2 焊接熱彈塑性問題19-21
• 2.5.3 單元剛度矩陣21
• 2.6 基于ANSYS軟件的焊接數(shù)值模擬21-24
• 2.6.1 ANSYS軟件介紹21-22
• 2.6.2 基于ANSYS軟件焊接數(shù)值模擬過程22-24
• 第三章 鋁鋼異厚金屬電弧輔助激光對接熔釬焊接溫度場數(shù)值模擬24-41
• 3.1 有限元模型的建立及網(wǎng)格劃分24-25
• 3.2 熱源模型的選取25-27
• 3.2.1 單激光焊接熱源模型的選取25-26
• 3.2.2 電弧輔助激光焊接熱源模型的選取26-27
• 3.3 材料的性能參數(shù)27-28
• 3.4 初始條件與邊界條件28-29
• 3.4.1 單激光焊接邊界條件的處理28
• 3.4.2 電弧輔助激光焊接邊界條件的處理28-29
• 3.5 溫度場模擬結果對比分析29-35
• 3.5.1 單激光溫度場模擬結果29-31
• 3.5.2 電弧輔助激光溫度場模擬結果31-33
• 3.5.3 單激光和電弧輔助激光溫度場模擬對比分析33-35
• 3.6 溫度場測試實驗35-36
• 3.6.1 測量設備35
• 3.6.2 實驗數(shù)據(jù)與模擬結果對比35-36
• 3.7 工藝參數(shù)對電弧輔助激光對接熔釬焊溫度場的影響36-40
• 3.7.1 激光功率對溫度場的影響37-38
• 3.7.2 熱源間距對溫度場的影響38-39
• 3.7.3 電壓電流對溫度場的影響39-40
• 3.8 本章小結40-41
• 第四章 鋁鋼異厚金屬電弧輔助激光對接熔釬焊接應力場數(shù)值模擬41-62
• 4.1 應力場模擬結果對比分析41-49
• 4.1.1 單激光應力場模擬結果41-44
• 4.1.2 電弧輔助激光應力場模擬結果44-47
• 4.1.3 單激光和電弧輔助激光應力場模擬對比分析47-49
• 4.2 殘余應力的測試49-52
• 4.2.1 測試設備49-51
• 4.2.2 測試方法51-52
• 4.3 實驗數(shù)據(jù)與模擬結果對比52-53
• 4.4 工藝參數(shù)對電弧輔助激光對接熔釬焊應力場的影響53-56
• 4.4.1 激光功率對應力場的影響53-54
• 4.4.2 熱源間距對應力場的影響54-55
• 4.4.3 電壓電流對應力場的影響55-56
• 4.5 電弧輔助激光對接熔釬焊焊接變形分析56-60
• 4.5.1 焊接過程中變形演變56-58
• 4.5.2 焊后殘余變形演變58-59
• 4.5.3 焊后殘余變形測量和實測結果對比分析59-60
• 4.6 本章小結60-62
• 結論62-64
• 參考文獻64-68
• 致謝68-69
• 附錄A 攻讀學位期間所申請專利和發(fā)表的論文69

【參考文獻】

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本文編號：972234