5A06铝合金激光焊接固态相变组织模拟研究

发布时间：2020-01-25 20:55

【摘要】：为了提高有限元模拟的准确度,需要考虑焊接过程中材料行为的变化,不同的微观组织导致在不同的温度下材料的热物性参数不同,从而影响不同时刻的温度场。焊接过程的相变会形成新的微观组织,然而目前大部分商业软件计算温度场时很少考虑焊接过程新相的产生对焊接温度场的影响。因此,本文在5A06铝合金激光焊接试验基础上,设计有限元程序计算铝合金激光焊接,建立相变模型及热-相变耦合模型,计算焊接过程相变转换组分,结合有限元方程求解5A06铝合金激光焊接热-相变耦合温度场。通过焊接试验、相变转换体积分数以及热-相变耦合模拟的结果对焊接工艺进行优化。首先,以激光功率和焊接速度作为激光焊接试验的主要参数,选择3mm与4mm厚的5A06铝合金试板,设计了不同焊接参数下激光焊接实验。测量焊缝熔池熔深,在一定的热输入范围内5A06激光焊接的熔深会随着激光焊接的热输入的增加而增大,对激光焊接焊接接头进行显微组织分析及XRD衍射分析,判定在焊接冷却后得到的室温组织主要是α(Al)+β(Al_3Mg_2),β相在焊接后大量弥散析出,试验采用的是激光不填丝自熔焊,焊接接头处的成分变化较小,主要是Al和Mg,成分分布比较均匀。其次,本文设计了有限元方法求解相变体积分数和热-相变耦合温度场的程序。建立六面体单元的几何模型,组合热源模型,采用线性插值方式建立材料模型,以JMAK方程为基础建立固态相变计算模型,结合相变模型和材料模型,设计热-相变耦合模拟。最后通过求解有限元方程组,实现了耦合固态相变的5A06铝合金激光焊接温度场模拟及固态相变组分的计算。通过有限元程序分析耦合模拟结果,得到XYZ三个轴方向的不同截面的温度场云图,发现热-相变耦合的温度场冷却过程不会出现突变台阶,焊缝中心峰值温度较未耦合相变的温度场有所下降,究其本质是热-相变耦合改变了其材料热物性参数,使得与其相关的温度场计算矩阵发生变化。从相变模拟结果中发现,在5A06铝合金焊接过程中主要在冷却过程中发生α-β相变,α相基体中会弥散析出大量的β相,在焊接接头β相的体积分数能够达到50%左右,模拟的结果和室温下焊接接头β相的体积分数较为一致。热源的中间部分,受到的边界影响较小,相变较为稳定,在焊接热源的起始位置和结束位置,温度场不稳定,会出现相变的过渡区。最后,分析不同工艺参数对热-相变耦合模拟温度场和相变转变分数的影响,结合热循环曲线,激光焊接试验结果,焊接接头的硬度分析和XRD衍射分析,提高模拟的准确性和对激光焊接工艺优化。
【图文】：

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图 1.1 激光工作原理示意图9]等对 2024 铝合金采用激光焊接，通过正交试验的方法对影响，采用适当的功率焊接厚度为 1.25mm 的薄板，激光功率不能烧。通过对焊缝成型和性能分析得到了一组符合国际标准的最织，在焊接快速冷却条件下焊缝组织细化，呈等轴枝晶分布，2)和 θ(CuA12)两相，主要的室温组织是 α＋s＋θ，并分析了焊缝用 Nd :YAG 激光器对 Al-Li 合金试样进行激光焊接实验，从微形貌发生了改变，与母材有差别，晶粒指向也发生了变化。对、热影响区、母材之间的硬度会有略微不同，其中原因可能与致硬度变化。 2×××系铝合金等温过程组织变化及相变动力学有一定研究，等析出第二相，在 TTT 曲线鼻尖温度时相变驱动力很大，扩散速形核和长大，通过 DSC 分析和显微组织观察确定发生固溶的温材料组织的转变，骤然增加或减小冷却的速度可以改变第二相]等分别采用 TIG 和 MIG 焊接方法焊接 2024 铝合金，，探究两种

技术路线图,技术路线

南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文循环曲线分析 5A06 激光焊接过程中温度的分布情况与变化规律，同时计算焊接过程中材料固态相变体积转换分数，得到温度和固态相变组分关系。模拟计算结果与实验结果对比，根据显微组织、焊接接头成分分析，对比模拟结果与实际相变情况，分析 5A06 铝合金激光焊接不同工艺参数的影响，优化焊接工艺。通过本文主要研究内容，设计整个课题的研究技术路线如图 1.3 所示。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG456.7

【参考文献】