S5356铝合金火箭助推模块过渡端框电弧增材制造工艺及性能研究

发布时间：2020-04-11 12:38

【摘要】：S5356铝合金过渡端框是运载火箭的关键结构件,用于运载火箭助推模块中级与级之间的过渡,实现两级之间的连接,在运载火箭的发射中起重要作用。过渡端框上分布多组加强筋,尺寸大且形状复杂。作为级间的连接部件,它的形状和精度对连接质量起重要作用,同时,作为火箭发射过程中的重要承力结构,有较高的性能要求。本论文研究了S5356铝合金过渡端框电弧增材制造工艺及性能,打印出过渡端框模拟件。研究了S5356铝合金电弧堆积单层单道金属的成形工艺。当堆积电流100A时,堆积金属的初始温度大于80℃,堆积层与基板结合处没有咬边缺陷,且堆积层的宽度与高度的比值即外观成形系数随着堆积金属初始温度的增加而增加。堆积电流110A-120A时,堆积层尺寸均匀,成形美观;堆积电流120A-140A时,堆积层金属铺展性好,外观成形系数较大。堆积电流增加,堆积层外观成形系数相应增加。研究了S5356铝合金电弧堆积多层单道金属的成形工艺。堆积过程的层间温度为30℃、50℃、70℃,堆积金属的有效宽度与总宽度的比值即有效宽度系数分别为0.84、0.90、0.80,均大于连续堆积金属的有效宽度系数0.74。恒定的层间温度,可增加多层单道堆积金属的侧面平整度,当层间温度为50℃时达到最佳效果。连续堆积时,堆积电流80A-120A,堆积金属的有效宽度系数在0.65左右,堆积电流140A时,堆积金属的有效宽度系数为0.74。堆积电流大于120A时,堆积金属的侧面平整度有一定程度的增加。连续堆积过程中层间提升量分别为1.5mm、2mm、3mm时,堆积金属的有效宽度系数在0.64左右,层间提升量对多层单道堆积层侧面平整度影响不大。研究了多层单道堆积金属的气孔率。层间提升量从1.5mm增加至3mm,堆积金属中的气孔率由1.32%增加至2.59%。堆积过程中的层间提升量应与堆积金属的平均层高相对应,过小会降低熔池的稳定性,并且易烧损导电嘴,过大会使金属中的气孔率增加。研究了热输入及固溶热处理温度对堆积金属性能的影响。堆积过程的热输入从113.35J/mm增加至356.35J/mm,金属的抗拉强度由265MPa减小至236MPa,延伸率由17.80%下降至13.85%。观察拉伸试样断裂后断口,断口处气孔的数量及尺寸随热输入的降低明显减少。金属在堆积态及温度分别为350℃、450℃、500℃固溶热处理态下垂直方向的抗拉强度分别为234.8MPa、245.8MPa、256.7MPa、255.8MPa,热处理后,金属的抗拉强度有9.3%的提高,断后延伸率由11.2%增加至14.6%。固溶热处理温度450℃时,垂直方向金属的抗拉强度达到极限,继续升高温度无法使强度提高。堆积态下水平方向金属的抗拉强度为275.4MPa,随着固溶热处理温度的增加,水平方向金属的抗拉强度提高约5MPa,强化效果不明显。堆积态下,金属在垂直方向和水平方向抗拉强度差40.6MPa,该现象的产生主要是由于层间结合界面液态金属的结晶存在方向性,其次分布于界面附近的显微气孔也会对性能产生一定的影响。垂直方向和水平方向拉伸试样断裂后断口均匀分布大量韧窝,表现为明显的韧性断裂。固溶热处理使金属组织中的析出相由晶界处聚集转变为晶粒内部弥散分布,随固溶温度的增加,晶粒内部弥散过程进行的越充分,同时,固溶热处理使晶粒尺寸减小,组织变得细小均匀。根据过渡端框的结构特点,制定相应的路径规划策略,提出对称分块成形方案,实现过渡端框模拟件的增材制造。通过对过渡端框模拟件进行三维测量,得到结构误差在3.58mm之内,达到预期要求。
【图文】：

图 1-1 电弧增材制造成形示意图子束和激光增材制造，电弧增材制造具有以下优点：备和原材料成本低 电弧增材制造系统由焊接电源、控制平台组成，结构简单易于操作，相比于激光和电子束沉积业标准牌号焊丝作为原材料，相比于金属粉末材料成本大小，可减少夹杂等缺陷的产生，其工艺过程及性能稳定产效率高 电弧堆积效率可达几千克每小时，是电子束和短了结构件的制造周期。利用率高 堆积过程中，焊丝接近百分之百熔入熔池形用率。相对传统的减材制造，大大降低材料成本。备灵活性高，工件尺寸不受限制 激光及电子束沉积成形保护气氛中实现制造，限制了零件尺寸，电弧增材制造工，具有制造大尺寸零件的能力。

津大学的刘望兰等[10]研究了电弧增材制造工艺参数对铝合金堆积层堆积电流，成形速度等参数对单层单道堆积层成形宽度和成形高度单道堆积金属表面粗糙度的分析表明，，层间冷却时间，成形路径等面粗糙度。的R.Kovacevic研究团队基于变极性钨极氩弧焊VP-GTAW对铝合形质量进行了研究[11]，得出精确控制增材制造构件表面质量的关键、弧长监控及基板的预热措施。的 Kazanas 等研究了增材制造工艺下，直径 1.2mm 的 ER706S-6 043 铝合金焊丝的几何成形能力[12]。在电弧增材制造平台上堆积成的不锈钢薄壁件及几何结构封闭的薄壁件，发现当倾斜角度越小时、三层处越容易产生鼓包。他们提出并采用全位置堆积的方法成形封闭薄壁件，以有效厚度及表面波动量为表征量，验证了该堆积方1-2 为采用该方式堆积的结构件。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG457.14;V46

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;爱励鼎胜航空用铝合金板项目年底投产[J];轻合金加工技术;2012年10期

2 ;东轻公司铝合金板带生产线项目奠基[J];铝加工;2008年05期

3 碓井荣喜;梁其第;;包装用铝合金板的制法[J];轻金属;1987年05期

4 董祥林,田铁忠;微动对铝合金板典型接头疲劳强鹿的影响[J];航空学报;1988年S1期

5 李益广;LY12M铝合金板深冲炸裂分析(摘要)[J];兵器材料科学与工程;1988年05期

6 曹跃华;;易开盖铝合金板[J];轻合金加工技术;1988年10期

7 徐玉香;;铝合金在铁道车辆上的应用[J];国外铁道车辆;1988年04期

8 周永益;;换热器用优质铝合金生产法[J];上海金属.有色分册;1989年06期

9 Н.Д.Лукашкин;顾景诚;;深拉储罐用铝合金板的生产[J];轻金属;1989年03期

10 吴海旭;杨丽;王周兵;孟祥军;秦利;;时效制度对6063铝合金板硬化指数n值的影响[J];轻合金加工技术;2013年10期

相关会议论文 前10条

1 郭小农;王昆;楼政权;熊哲;罗永峰;;铝合金板式节点高温承载性能数值模拟[A];第十六届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2016年

2 熊哲;郭小农;罗永峰;徐晗;欧阳元文;尹建;;改进型铝合金板式节点承载性能的研究[A];第十五届空间结构学术会议论文集[C];2014年

3 孙晓峰;马世宁;钱海峰;朱乃姝;;微波固化复合材料贴片修复铝合金板的静态力学性能[A];第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛论文集（四）[C];2010年

4 朱璞;李侯君;陈进文;鞠苏;江大志;;紫外光固化复合材料修复铝合金板力学性能研究[A];第二十一届全国玻璃钢/复合材料学术年会论文集（《玻璃钢/复合材料》2016增刊）[C];2016年

5 李伟;;5052H32状态铝合金板带生产工艺探析[A];2009（重庆）中西部第二届有色金属工业发展论坛论文集[C];2009年

6 黄海林;姜德文;刘光伟;张明亮;;基于双剪试验的铝合金板-混凝土界面粘结滑移性能研究[A];第28届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅲ册）[C];2019年

7 郭淑燕;巫英豪;张永焯;熊哲;;不同杆件内力下铝合金板式节点弯曲性能数值模拟[A];第十八届全国现代结构工程学术研讨会论文集 二：空间结构[C];2018年

8 关绍康;;铝合金板带连铸连轧节能新工艺关键技术研究[A];铝冶炼节能新技术研讨会论文集[C];2011年

9 熊爱奎;;2B06铝合金板料充液拉伸的研究[A];“装备中国”2016年“滨海杯”高端装备工业设计大赛论文集[C];2016年

10 卢建;谢毅;;铝合金在桥梁工业上的应用开发[A];2018年中国铝加工产业年度大会论文集[C];2018年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 陈黎明　通讯员 徐勇文;高端铝合金板项目落户镇江[N];中国冶金报;2011年

2 谢勇;国内最大铝合金板带项目落户镇江[N];中国有色金属报;2010年

3 记者 蔺健 王强;中铝东轻公司铝合金板带生产线项目奠基[N];中国有色金属报;2008年

4 文言;欧洲防洪用铝合金板[N];中国有色金属报;2013年

5 黄伟　晏培娟;高端铝合金板项目在镇江开工建设[N];新华日报;2011年

6 王祝堂;建设大型再生铝合金板带厂的设想[N];中国有色金属报;2008年

7 王讯;赣州铝业高精度铝合金板带项目进展顺利[N];中国有色金属报;2010年

8 马弋惠　梅永生 姜木金;国内最大铝合金板带项目落户京口[N];镇江日报;2010年

9 李闻华 梅永生 林兰;国内最大航空铝合金板项目镇江开建[N];镇江日报;2011年

10 记者 冼敏　实习生 莫冬娇;南南铝业年产20万吨高性能铝合金板带型材项目2012年投产[N];南宁日报;2010年

相关博士学位论文 前9条

1 周t1玉;冷轧AA6061铝合金的织构、微米压痕与腐蚀性能研究[D];太原理工大学;2018年

2 沈智;6014铝合金温热冲压成形性能与工艺研究[D];机械科学研究总院;2017年

3 郭正华;铝合金板温成形关键技术的研究[D];华中科技大学;2004年

4 杨孚标;复合材料修复含中心裂纹铝合金板的静态与疲劳特性研究[D];国防科学技术大学;2006年

5 张学广;基于损伤理论的铝合金板料成形极限研究[D];吉林大学;2016年

6 张伟;铝合金板温成形接触和摩擦问题的研究[D];华中科技大学;2008年

7 刘永宁;Mg/Al液固扩散连接界面特性的数值计算[D];合肥工业大学;2017年

8 侯波;面向制造的铝合金材料失效准则建模与应用研究[D];上海交通大学;2012年

9 李琳琳;轻合金典型薄壁回转件热旋压数值模拟与试验研究[D];吉林大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 张建威;2B06铝合金双层结构件SPF/DB成形工艺研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

2 常虹;无机胶粘贴铝合金板加固UPC梁试验研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

3 彭晖杰;电弧增材制造5356铝合金工艺研究[D];沈阳航空航天大学;2019年

4 张影斌;高强度7075铝合金温热自冲铆接过程数值模拟研究[D];大连理工大学;2019年

5 耿会程;铝合金板料接触加热工艺及装备研究[D];华中科技大学;2019年

6 高炼玲;S5356铝合金火箭助推模块过渡端框电弧增材制造工艺及性能研究[D];华中科技大学;2019年

7 高旭东;5052铝合金强力旋压成形微观组织与力学性能研究[D];上海交通大学;2018年

8 耿平;铝合金车身覆盖件全工序成形模拟与精度控制[D];武汉理工大学;2018年

9 于晓彤;铝合金带筋曲面件的铣削变形研究[D];吉林大学;2019年

10 武世杰;开孔CFRP与铝合金无铆钉铆接研究[D];吉林大学;2019年

本文编号：2623605