在汽車領(lǐng)域中,輕量化設(shè)計是解決可再生能源不足問題的良好途徑,采用更為輕便的鋁合金代替鋼材成為近些年汽車輕量化領(lǐng)域的研究重點。但由于鋁合金具有熔點低,易氧化等特性,導(dǎo)致傳統(tǒng)熔化焊形成的焊點質(zhì)量較差,而攪拌摩擦焊作為一種固相焊接技術(shù),完美克服了熔化焊中再結(jié)晶過程產(chǎn)生的缺陷,但現(xiàn)階段缺乏能夠準確描述攪拌摩擦點焊全過程的瞬態(tài)熱輸入模型。因此本文基于攪拌摩擦點焊全過程,建立新型瞬態(tài)輸入熱源模型,利用此模型表征焊接各項參數(shù)與焊點成型的內(nèi)在聯(lián)系,并利用攪拌摩擦點焊焊接實驗對模型的可靠性加以驗證,旨在明確焊接過程溫度場變化,探究焊點成型機理及優(yōu)化焊接工藝及焊點力學(xué)性能。具體內(nèi)容如下:首先,本文基于攪拌摩擦點焊全過程建立了新型瞬態(tài)輸入熱源模型。通過確定摩擦假設(shè)、屈服準則等基礎(chǔ)假設(shè),得出了攪拌針各部分的生熱功率方程,結(jié)合實際焊接條件確定均布面熱源與雙橢球體熱源的作用邏輯,提出了針對于攪拌摩擦點焊下壓,停留,冷卻三個階段的新型瞬態(tài)輸入熱源模型,并結(jié)合二次開發(fā)實現(xiàn)了對于焊接過程的仿真。其次,本文進行了攪拌摩擦焊焊接實驗,為仿真模型的準確性提供依據(jù)。選擇乘用車常用的2mm厚的6061-T6鋁合金板材,并匹配合適... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

攪拌摩擦焊原理圖

第1章緒論3圖1.1攪拌摩擦焊原理圖1.2.2攪拌摩擦點焊分類攪拌摩擦點焊的技術(shù)原理基本類似于帶有橫向移動的攪拌摩擦焊技術(shù)，同為借助攪拌頭與材料的摩擦生熱使材料發(fā)生軟化并伴隨塑性流動進而形成焊點，但并無沿工件水平移動的過程。按照工藝實現(xiàn)方式不同，攪拌摩擦點焊主要分為以下幾種[19]：（1）常規(guī)攪拌摩擦點焊常規(guī)攪拌摩擦點焊是由日本馬自達等公司研究發(fā)明的點焊工藝[20]。由攪拌摩擦縫焊過程中簡化而來的。但在整個焊接過程中攪拌頭不沿焊接試件的平面移動，焊接結(jié)束后攪拌頭直接豎直向上離開焊點。攪拌摩擦點焊不僅適用于對焊，也可以應(yīng)用于搭焊，如圖1.2所示[21-22]，但由于在攪拌摩擦焊結(jié)束時刻攪拌頭要脫離材料，這樣就會在焊接結(jié)束的焊點留下一個匙孔，這會令成型的焊點中心處的橫截面積大大減小，進而會削弱焊點的力學(xué)性能，同時也影響美觀。圖1.2常規(guī)攪拌摩擦點焊基本過程

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文4（2）擺動式攪拌摩擦點焊常規(guī)攪拌摩擦點焊具有設(shè)備簡單、生產(chǎn)效率高、易于自動化等優(yōu)點，但如前文所說，常規(guī)攪拌摩擦點焊過程會因為有攪拌針的存在而在焊接之后留下匙孔，這樣會使接頭中心處橫截面積變小，不僅美觀程度下降同時也會降低力學(xué)性能。為增加焊點中心處的橫截面積，提出了擺動式攪拌摩擦點焊這一方法，如圖1.3所示[23-24]為方法的示意圖。在這種方法中，攪拌頭在自身旋轉(zhuǎn)的同時在一個事先設(shè)定好的軌道內(nèi)平移，類似于“自轉(zhuǎn)”與“公轉(zhuǎn)”最終回到中心。但與攪拌摩擦縫焊不同的是其“公轉(zhuǎn)”軌道區(qū)域相對較校利用這種方式增加了被攪拌材料的范圍，焊點的截面積增加，從而提高了接頭的力學(xué)性能，但缺點是焊點中心仍然存在攪拌頭退出形成的匙孔。此外，當輸入不同的攪拌頭“公轉(zhuǎn)”行進軌跡時，同樣會得到成形性能不同的擺動式攪拌摩擦點焊接頭。圖1.3擺動式攪拌摩擦點焊基本過程（3）回填式攪拌摩擦點焊擺動式攪拌摩擦點焊能夠通過增加焊點處攪拌材料的范圍提高接頭力學(xué)性能，但該方法需要有能精確控制攪拌頭做復(fù)雜運動與精確路徑行的焊接設(shè)備，同時還要給出能夠性能良好焊點性能的運動路徑。滿足以上條件才有可能獲得良好力學(xué)性能接頭，且白洞石攪拌摩擦點焊在焊點中心處同樣留有匙孔。針對匙孔的問題，德國GKSS研究中心提出了回填式攪拌摩擦點焊，基本原理如圖1.4所示[25-26]。在該方法中所采用的攪拌頭的攪拌針和軸肩（攪拌套筒）是獨立的兩部分以實現(xiàn)分別進行控制。開始階段：攪拌針與軸肩共同向下移動，過程與普通攪拌摩擦點焊相同；回填階段分為兩種方式：攪拌套筒下壓攪拌針回填與攪拌針下壓攪拌套筒回填。圖1.4中展示的為前者，后者的工序中b、c兩道工序順序相反；回撤階段：軸肩與攪拌針回歸最?

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3111087