本文關(guān)鍵詞：鋁合金的攪拌摩擦焊接研究

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【摘要】：傳統(tǒng)的熔焊方法在焊接鋁合金時易出現(xiàn)氣孔、熱裂紋等焊接缺陷,而鋁鋼兩種金屬由于熱物理性質(zhì)上存在的差異,且接頭易出現(xiàn)硬脆的金屬間化合物等,增加了二者焊接的難度。攪拌摩擦焊技術(shù)作為一種固相連接技術(shù),焊接過程中產(chǎn)生的熱量并沒有達到金屬的熔點,僅使被焊金屬達到塑性狀態(tài),因此成為解決同種鋁合金、鋁鋼異種金屬的焊接性問題的有效方法。首先對4mm厚的7075鋁合金進行了對接試驗,在一定的焊接參數(shù)范圍內(nèi)均得到了外觀成型良好、力學性能較高的焊接接頭。接頭最高抗拉強度可達母材80%。采用多種測試方法研究了焊接接頭的宏微觀組織與形貌、焊接參數(shù)對接頭力學性能及硬度分布的影響規(guī)律等。對鋼和鋁異種金屬進行了搭接試驗,包括2mm鋁板與2mm鋼板的搭接以及3mm鋁板與1mm鋼板的搭接,結(jié)果表明:接頭界面區(qū)兩側(cè)的鋼被攪入鋁合金后發(fā)生彎曲,呈現(xiàn)“彎鉤狀”。整個連接界面區(qū)域連續(xù)分布著鋼顆粒夾雜物、疊層組織及金屬間化合物層,這些成為影響接頭質(zhì)量的重要因素。對接頭的界面處進行XRD分析,驗證了金屬間化合物AlFe、AlFe3的存在。接頭拉剪測試的斷裂位置有三種:熱影響區(qū)、結(jié)合界面處及鋼板母材。斷口SEM分析顯示熱影響區(qū)斷裂為韌性斷裂,結(jié)合界面處為脆性斷裂。界面處中心硬度值能達到340HV,且波動劇烈,與硬脆的金屬間化合物有關(guān)�；谡持Σ晾碚�,建立了4mm厚7075鋁合金FSW過程中的產(chǎn)熱模型,對同種鋁合金對接焊中的溫度場進行了數(shù)值模擬,并得出了焊接過程中溫度場的分布規(guī)律:高溫區(qū)位于軸肩的正下方焊核區(qū),且在沿焊縫方向的橫截面上整體呈現(xiàn)“碗狀”。攪拌頭前方的溫度梯度比后方的溫度梯度大,高溫區(qū)相對于后方也較窄。對于所有焊接參數(shù)下的溫度峰值均未超過母材熔化點,表明攪拌摩擦焊接過程一直處于固相連接狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)速度與焊接速度對峰值溫度有一定的影響。
【關(guān)鍵詞】：攪拌摩擦焊 鋁合金 鋁鋼異種金屬連接 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：南昌大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG457.14
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 攪拌摩擦焊接的原理、特點及應用發(fā)展9-11
• 1.1.1 攪拌摩擦焊的基本原理及特點9-10
• 1.1.2 攪拌摩擦焊的應用10-11
• 1.1.3 攪拌摩擦焊新技術(shù)的發(fā)展11
• 1.2 鋼和鋁焊接的研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 鋼和鋁的可焊性分析11-13
• 1.2.2 鋼和鋁的焊接方法的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 攪拌摩擦焊接鋼和鋁的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 攪拌摩擦焊的數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容16-17
• 第2章 試驗材料及方法17-23
• 2.1 試驗材料17
• 2.2 試驗設備17-19
• 2.3 試驗方法19-20
• 2.3.1 試驗材料的預處理19-20
• 2.3.2 焊接參數(shù)20
• 2.4 試樣測試分析方法20-23
• 2.4.1 接頭顯微組織分析20-21
• 2.4.2 焊縫界面物相分析21
• 2.4.3 接頭的力學性能測試21
• 2.4.4 焊縫橫截面顯微硬度測試21-23
• 第3章 同種鋁合金對接試驗結(jié)果及分析23-31
• 3.1 焊接參數(shù)對焊縫外觀形貌的影響23-24
• 3.2 接頭橫截面的宏微觀組織分析24-26
• 3.2.1 接頭橫截面的宏觀形貌24
• 3.2.2 接頭微觀組織24-26
• 3.3 接頭力學性能分析26-28
• 3.4 接頭顯微硬度分析28-29
• 3.5 本章小結(jié)29-31
• 第4章 鋼-鋁異種金屬搭接試驗結(jié)果及分析31-48
• 4.1 焊接參數(shù)對焊縫外觀形貌的影響31-33
• 4.2 接頭橫截面的宏微觀組織分析33-35
• 4.2.1 接頭橫截面的宏觀形貌33-34
• 4.2.2 接頭橫截面的微觀組織34-35
• 4.3 界面處的組織及物相分析35-38
• 4.4 接頭力學性能分析38-43
• 4.4.1 接頭的斷裂機理研究39-40
• 4.4.2 工藝參數(shù)對接頭拉剪強度的影響40-42
• 4.4.3 接頭斷.形貌分析42-43
• 4.5 接頭顯微硬度分析43-45
• 4.5.1 上層鋁板中心層的顯微硬度分布43
• 4.5.2 下層鋼板中心層的顯微硬度分布43-44
• 4.5.3 鋁-鋼結(jié)合界面處的顯微硬度分布44-45
• 4.6 攪拌頭磨損45-46
• 4.7 本章小結(jié)46-48
• 第5章 攪拌摩擦焊溫度場的數(shù)值模擬48-64
• 5.1 攪拌摩擦焊的溫度場分析基本理論48-49
• 5.1.1 傳熱學基本理論48
• 5.1.2 熱量傳遞的三種方式48-49
• 5.2 FSW過程的產(chǎn)熱模型49-52
• 5.2.1 米塞斯屈服條件50
• 5.2.2 軸肩產(chǎn)熱50-51
• 5.2.3 攪拌針產(chǎn)熱51-52
• 5.3 溫度場模型的建立52-55
• 5.3.1 幾何模型的建立52
• 5.3.2 材料屬性52-54
• 5.3.3 邊界條件54
• 5.3.4 單元的選取及網(wǎng)格劃分54-55
• 5.4 7075鋁合金FSW溫度場模擬結(jié)果及分析55-63
• 5.4.1 FSW過程中工件整體的溫度分布規(guī)律55-57
• 5.4.2 工件沿各方向的溫度變化規(guī)律57-59
• 5.4.3 旋轉(zhuǎn)速度對工件溫度場分布的影響規(guī)律59-61
• 5.4.4 焊接速度對工件溫度場分布的影響規(guī)律61-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 第6章 結(jié)論64-66
• 致謝66-67
• 參考文獻67-70
• 攻讀學位期間的研究成果70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 林健;楊上陸;雷永平;;鋼/鋁異種材料連接接頭的強度及失效模式[J];北京工業(yè)大學學報;2014年03期

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中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李成重;7075鋁合金攪拌摩擦焊接過程數(shù)值模擬研究[D];南昌航空大學;2012年

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本文編號：640524