6009铝合金激光-MIG复合焊与MIG焊接头组织性能研究及温度场数值模拟

发布时间：2017-10-26 10:31

  本文关键词：6009铝合金激光-MIG复合焊与MIG焊接头组织性能研究及温度场数值模拟

  更多相关文章： 6009铝合金 激光-MIG复合焊 MIG焊 组织和性能 温度场模拟

【摘要】：铝合金的焊接加工一直是制约其工业应用的主要因素,传统的熔化极气体保护焊,熔深和焊接速度都有限,且存在变形、气孔等缺陷。激光焊虽然焊接速度快,焊接效率高,但铝合金对激光束的反射率极高,激光能量吸收率也较低,故激光焊使用较少。激光-电弧复合焊克服了电弧焊和激光焊存在的问题。激光-MIG复合焊集中了两种热源的优势,用于铝合金焊接时,不仅焊接效率高,焊接缺陷少,而且可以改善接头的组织性能。本文分别采用激光-MIG复合焊和MIG焊两种焊接方法对6mmm厚6009铝合金板材进行焊接试验,对比研究复合焊和MIG焊接头。研究两种接头工艺参数的变化对各自焊缝成形性的影响；采用阳极覆膜和电解抛光的方法来研究复合焊和MIG焊金相组织,通过SEM和凯勒试剂腐蚀接头来观察接头的第二相析出情况,并通过EDS能谱分析来分析第二相成分,利用XRD对复合焊接头进行成分分析；通过SEM分析复合焊和MIG焊拉伸断口形貌,对复合焊韧窝第二相成分进行分析；采用3D高斯圆锥形热源和双椭球热源组合型模,借助有限元SYSWELD模拟软件对6mmm厚的6009铝合金激光-MIG复合焊焊接过程温度场进行模拟。研究结果表明：复合焊过程中,激光热源在前,电弧热源在后的焊接接头成形性好于电弧热源在前,激光热源在后的焊接接头。热源间距增大,激光热源与电弧热源耦合作用降低,但激光作用区变的更加明显,焊缝对称性变得更好。MIG焊过程中,焊接电流增大,焊缝下表面成形越来越好,焊缝的余高、熔宽以及余高-熔宽比都增大.接头显微组织分析结果表明：复合焊接头焊缝中心上部晶粒尺寸小于焊缝中心下部。主要是因为复合焊过程中,电弧对熔池上部具有搅拌作用,使上部熔池传质、传热更加均匀,细化了晶粒。MIG焊焊缝中心晶粒尺寸随着焊接电流增大而变大,多道焊焊缝下部析出相更加细小均匀。接头力学性能研究结果表明：复合焊和MIG焊接头均存在软化区,复合焊接头软化区的宽度大约在4-5mm左右,MIG焊接头软化区宽度大约在6-7mm左右。复合焊过程中,激光热源在前的焊缝,焊缝中心上部平均硬度低于焊缝下部平均硬度,这是因为复合焊焊接过程中焊缝上部合金元素烧损严重。电弧在前的焊缝,焊缝上部平均硬度值高于焊缝下部平均硬度值,这是因为电弧在前时,随后的激光束对熔池上部的液态金属进行了二次重熔,细化了组织,提高了表面硬度。两种接头拉伸断口断裂位置在热影响区时,韧窝壁均有蛇形花样,韧窝里有第二相颗粒存在,说明韧窝的形成与第二相颗粒有关。复合焊接头温度场数值模拟结果表明：焊接刚开始阶段热源不稳定,温度场峰值温度稍低,当3秒左右时,进入准稳态温度场,峰值温度可达1100℃以上；离焊缝中心近的点,其峰值温度、升温速率以及冷却速率均大于离焊缝中心较远的点；复合焊焊缝纵向和横向的温度变化印证了前面第四章中复合焊接头析出相的实验结果。
【关键词】：6009铝合金 激光-MIG复合焊 MIG焊 组织和性能 温度场模拟
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG457.14
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 选题的意义10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 铝合金激光-电弧复合焊国内外研究现状10-11
• 1.2.2 焊接数值模拟研究现状11-12
• 1.2.3 热源模型研究现状12
• 1.2.4 复合焊热源模型研究现状12-13
• 1.3 铝合金焊接方法13-15
• 1.3.1 铝合金电弧焊13-14
• 1.3.2 铝合金搅拌摩擦焊14
• 1.3.3 铝合金激光焊14
• 1.3.4 铝合金激光填料焊14-15
• 1.4 铝合金激光-MIG复合焊原理及应用15-17
• 1.4.1 激光-MIG复合焊原理15-16
• 1.4.2 激光-MIG复合焊应用16-17
• 1.5 课题的主要研究内容及技术路线17-20
• 1.5.1 课题的主要研究内容17-19
• 1.5.2 技术路线19-20
• 第2章 试验材料及实验过程20-25
• 2.1 试验材料20
• 2.2 试验设备20-21
• 2.3 焊接工艺参数的选择21-23
• 2.3.1 激光-MIG复合焊工艺参数的选择21-22
• 2.3.2 MIG焊工艺参数的选择22-23
• 2.4 焊接接头成形性分析23
• 2.5 焊接接头组织分析23-24
• 2.6 焊接接头力学性能分析24-25
• 第3章 6009铝合金焊接接头成形性研究25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 焊接接头成形性质量评定标准25-26
• 3.3 焊接参数对复合焊接头表面形貌的影响26-27
• 3.3.1 激光与电弧相对位置对复合焊接头表面形貌的影响26-27
• 3.3.2 热源间距对复合焊接头表面形貌的影响27
• 3.4 焊接参数对MIG接头表面形貌的影响27-29
• 3.4.1 焊接电流对MIG焊接头表面形貌影响27-28
• 3.4.2 焊接速度对MIG焊接头表面形貌影响28-29
• 3.5 焊接参数对复合焊焊缝截面成形的影响29-32
• 3.5.1 焊缝截面成形参数29
• 3.5.2 激光、电弧相对位置对复合焊接头截面形貌的影响29-30
• 3.5.3 热源间距对复合焊接头截面形貌的影响30-32
• 3.6 焊接参数对MIG焊焊缝截面成形的影响32-34
• 3.6.1 焊接电流对MIG焊焊缝截面形貌的影响32-33
• 3.6.2 焊接速度对MIG焊焊缝截面形貌的影响33-34
• 3.7 本章小结34-35
• 第4章 6009铝合金焊接接头显微组织研究35-44
• 4.1 引言35
• 4.2 复合焊焊接接头显微组织分析35-41
• 4.2.1 复合焊接头区域划分35
• 4.2.2 复合焊焊缝显微组织分析35-36
• 4.2.3 复合焊熔合区及热影响区组织分析36-37
• 4.2.4 复合焊焊接接头XRD分析37-38
• 4.2.5 复合焊接头析出相分析38-41
• 4.3 MIG焊接头显微组织分析41-43
• 4.3.1 MIG焊焊缝显微组织分析41-42
• 4.3.2 MIG焊接头析出相分析42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 复合焊和MIG焊接头力学性能研究44-52
• 5.1 引言44
• 5.2 接头显微硬度测试结果分析44-46
• 5.2.1 接头显微硬度测试方法44
• 5.2.2 接头显微硬度测试结果及分析44-46
• 5.3 接头拉伸性能结果分析46-48
• 5.3.1 接头拉伸性能测试方法46
• 5.3.2 复合焊接头拉伸性能测试结果及分析46-47
• 5.3.3 MIG焊接头拉伸性能测试结果及分析47-48
• 5.4 复合焊接头拉伸断口形貌分析48-50
• 5.4.1 复合焊接头拉伸断口形貌分析48
• 5.4.2 复合焊接头拉伸断裂机理研究48-50
• 5.5 MIG焊接头拉伸断口形貌分析50-51
• 5.6 本章小结51-52
• 第6章 激光-MIG电弧复合焊温度场模拟52-64
• 6.1 引言52
• 6.2 焊接模拟过程有限元理论概述52
• 6.3 SYSWELD软件介绍及二次开发52-57
• 6.4 激光-MIG电弧复合焊数值模拟计算过程57-63
• 6.4.1 几何模型的建立与网格划分57-58
• 6.4.2 前处理58
• 6.4.3 焊接过程设置58-60
• 6.4.4 后处理及结果分析60-63
• 6.5 本章小结63-64
• 第7章 结论64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 研究生期间发表论文及专利70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吕晓春;雷振;张健;掌丽华;;高速列车6005A-T6铝合金焊接接头软化分析[J];焊接学报;2014年08期

2 朱加雷;崔志芳;焦向东;;高强度管线钢激光电弧复合焊接技术研究现状[J];电焊机;2014年05期

3 余阳春;晏建武;尹懿;张丽玲;肖兵;;铝合金激光—电弧复合焊温度场有限元数值模拟[J];南昌工程学院学报;2013年04期

4 曾惠林;皮亚东;王新升;王世新;张杰;;长输管道全位置激光-电弧复合焊接技术[J];焊接学报;2012年11期

5 牛全峰;李世红;杨学智;;汽车材料的应用与发展[J];现代零部件;2012年08期

6 彭建;周绸;张丁非;;高速列车用6N01铝合金焊接接头的组织与性能[J];金属热处理;2010年11期

7 谭兵;马冰;张立君;陈东高;王法科;明珠;;中厚度铝合金激光-MIG复合焊接组织与性能研究[J];兵器材料科学与工程;2010年05期

8 董扬帆;;激光—电弧复合焊在舰船建造中的应用[J];国防制造技术;2010年04期

9 许瑞麟;朱品朝;于成哉;熊万里;;汽车车身焊接技术现状及发展趋势[J];电焊机;2010年05期

10 谭兵;张海玲;陈东高;齐果;冯杰才;程朝丰;;镁合金激光-MIG复合焊温度场数值模拟[J];兵器材料科学与工程;2010年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 杨t，

本文编号：1098298