铝合金超声振动辅助搅拌摩擦焊数值模拟及工艺研究
发布时间：2020-12-19 12:26
搅拌摩擦焊（Friction stir welding,FSW）技术是一种新型的固相连接技术,以其焊接温度低、焊接变形小和接头质量高等优点被广泛应用在轻质合金的焊接中。由于其焊接热输入来源于摩擦产热,焊接过程中搅拌头需要输入很大的轴向压力,造成搅拌头寿命短、焊接速度提升难、焊接载荷大等缺点。超声振动辅助搅拌摩擦焊技术作为一种机械能辅助形式,在改善焊接质量、降低焊接载荷和提升焊接速度的同时避免了双重热循环和恶化工况等其他热源辅助形式的不足,逐渐成为了研究的重点。然而超声振动的影响较为复杂,涉及焊接产热、材料流动等多方面影响,单纯的依靠工艺试验并不能充分解释焊接过程中的材料变化。通过数值模拟的方式,分析超声振动对搅拌摩擦焊接过程中的温度场和材料塑性流动影响,指导工艺参数优化,有着重要的工程应用价值。通过对搅拌摩擦焊接过程中涉及到的热和热应力分析,确定数值模型所涉及的假设和简化条件,选取温度-应力本构模型和随温度变化的材料物性参数,建立搅拌头与工件接触生热的摩擦热源模型和材料塑性变形产热的体热源模型,根据工况的实际条件确定模型的热边界条件、速度边界条件及焊接载荷。利用FLUENT软件建立常规...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＬＡＦＳＷ和ＦＳＷ的微观结构对比图??
附近区域金属间化合物的形成。其原因可能是电流加速了分子的扩散或降低了化学反应??活化能。研究人员通过对焊缝横截面的微观结构进行分析发现，施加５６０Ａ电流时Ａ１－??Ｆｅ界面有明显的微互锁现象，如图１－３所示。互锁行为可以明显提高焊缝的力学性能。?????（ａ）无电流?Ｃｂ）施加５６０Ａ电流??图］－３?ＦＳＷ和ＥＡＦＳＷ焊接部分Ａｌ－Ｆｅ界面比较??Ｌｉｕ?Ｘ『ｌ３］针对上述实验进行了力学分析，发现当钢放在前进侧位置时，其最高焊接??强度达到铝合金强度的８５％。前进侧Ａｌ－Ｆｅ层在温度场和焊接力的作用下会形成薄金属??层。在转速１２００ｒｐｍ－１８００ｒｐｍ时将焊接速度３０ｍｍ／ｍｉｎ提升到１２０ｍｍ／ｍｉｎ时，加热时??间和金属层厚度会发生显著变化。图１－４对比了不同转速时有无电流辅助对焊接温度的??影响，施加５６０Ａ电流的一组能够更快的达到焊接温度。其试样的拉伸断裂区域为铝合??金的热影响区。而焊缝疲劳强度主要由搅拌进铝合金中钢成分的含量决定。??９０，?：????—￣??－＇、ｕ＼??〇７０（??Ｓ６１??Ｓｉｓｏｊ?ｊｊｉ??４０＇?／Ｙｆ?■?■?１￣１２００ｆ／ｍｉｎ．５６０Ａ??—?２－１２００ｒ／ｎｓｎ．０Ａ??３０ｌ＾－ＣＱｒ?３－１８（Ｘ）ｒ／ｍｉｎ，５６０Ａ??－０Ｆ?—?４－１ＢＯＯｒ／ｍｉｎ．ＯＡ??０?２０?４０?６０?ＢＯ??时间／Ｓ??图１－４不同转速下末位置温度对比图??－４?－??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]工业纯铝搅拌摩擦焊质量与力学性能[J]. 殷琨,黄崇湘,王艳飞,王明赛,黄爱辉. 中南大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]铝合金薄板搅拌摩擦焊搭接界面缺陷与接头性能[J]. 刘伟,熊江涛,赵华夏,栾国红,李京龙. 焊接学报. 2018(10)
[3]6082-T6铝合金搅拌摩擦焊组织演变与力学性能[J]. 王希靖,魏学玲,张亮亮. 焊接学报. 2018(03)
[4]热电偶测温技术相关特性研究[J]. 谢清俊. 工业计量. 2017(05)
[5]搅拌摩擦焊塑性金属流动基本模型[J]. 王卫兵,栾国红,张坤,赵华夏. 焊接学报. 2016(12)
[6]6061-T6铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模型和参数影响分析[J]. 肖毅华,张浩锋. 机械科学与技术. 2017(01)
[7]采用辅助能量的搅拌摩擦焊新工艺[J]. 武传松,刘小超,高嵩. 焊接. 2015(10)
[8]搅拌摩擦焊温度场[J]. 史清宇,王细波,康旭,孙延军. 清华大学学报(自然科学版). 2010(07)
[9]搅拌摩擦焊技术应用现状和发展趋势[J]. 栾国红,柴鹏. 金属加工(热加工). 2008(24)
[10]高强铝合金第二相强化及其机理[J]. 曾周亮,宁康琪,彭北山. 冶金丛刊. 2008(04)
博士论文
[1]附加超声能量对FSW焊核区微观组织演变与应变分量的影响机制[D]. 高嵩.山东大学 2018
[2]6082-T6铝合金搅拌摩擦焊过程中组织演变规律及其对焊接接头力学性能的影响[D]. 张亮亮.兰州理工大学 2018
[3]搅拌摩擦焊搅拌头疲劳寿命和构件微结构演化数值模拟[D]. 吴奇.大连理工大学 2018
[4]超声振动强化搅拌摩擦焊接热过程及材料流动的数值分析[D]. 石磊.山东大学 2016
硕士论文
[1]超声振动辅助激光熔覆3540Fe/CeO2涂层工艺研究[D]. 张翔宇.青岛理工大学 2018
[2]铝合金疲劳损伤的多点快速非线性超声检测[D]. 冯伟.哈尔滨工业大学 2015
[3]超声振动强化搅拌摩擦焊工艺及机理的研究[D]. 刘小超.山东大学 2015
[4]大功率二极管结温升实时测量技术的研究[D]. 王琳.北京工业大学 2015
[5]激光切割板材转角轨迹热应力建模与分析[D]. 吴问才.上海交通大学 2013
[6]中厚板多道焊焊接过程中温度场和应力场的三维数值模拟[D]. 梁晓燕.华中科技大学 2004
本文编号：2925899
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＬＡＦＳＷ和ＦＳＷ的微观结构对比图??
附近区域金属间化合物的形成。其原因可能是电流加速了分子的扩散或降低了化学反应??活化能。研究人员通过对焊缝横截面的微观结构进行分析发现，施加５６０Ａ电流时Ａ１－??Ｆｅ界面有明显的微互锁现象，如图１－３所示。互锁行为可以明显提高焊缝的力学性能。?????（ａ）无电流?Ｃｂ）施加５６０Ａ电流??图］－３?ＦＳＷ和ＥＡＦＳＷ焊接部分Ａｌ－Ｆｅ界面比较??Ｌｉｕ?Ｘ『ｌ３］针对上述实验进行了力学分析，发现当钢放在前进侧位置时，其最高焊接??强度达到铝合金强度的８５％。前进侧Ａｌ－Ｆｅ层在温度场和焊接力的作用下会形成薄金属??层。在转速１２００ｒｐｍ－１８００ｒｐｍ时将焊接速度３０ｍｍ／ｍｉｎ提升到１２０ｍｍ／ｍｉｎ时，加热时??间和金属层厚度会发生显著变化。图１－４对比了不同转速时有无电流辅助对焊接温度的??影响，施加５６０Ａ电流的一组能够更快的达到焊接温度。其试样的拉伸断裂区域为铝合??金的热影响区。而焊缝疲劳强度主要由搅拌进铝合金中钢成分的含量决定。??９０，?：????—￣??－＇、ｕ＼??〇７０（??Ｓ６１??Ｓｉｓｏｊ?ｊｊｉ??４０＇?／Ｙｆ?■?■?１￣１２００ｆ／ｍｉｎ．５６０Ａ??—?２－１２００ｒ／ｎｓｎ．０Ａ??３０ｌ＾－ＣＱｒ?３－１８（Ｘ）ｒ／ｍｉｎ，５６０Ａ??－０Ｆ?—?４－１ＢＯＯｒ／ｍｉｎ．ＯＡ??０?２０?４０?６０?ＢＯ??时间／Ｓ??图１－４不同转速下末位置温度对比图??－４?－??
?（ａ）未施加辅助电流?（ｂ）施加８００Ａ电流??图１－２焊缝显微照片??引入电流辅助不仅有助于改善搅拌摩擦焊的焊接缺陷，也为异种材料连接提供了支??持。Ｌｉｕ?Ｘ［１２］等针对６０６１铝合金和ＴＲＩＰ７８０钢的电流辅助搅拌摩擦焊进行研究，发现施??加电流可以降低焊接轴向载荷，在下压阶段，降低搅拌针轴向载荷的同时促进了搅拌针??附近区域金属间化合物的形成。其原因可能是电流加速了分子的扩散或降低了化学反应??活化能。研究人员通过对焊缝横截面的微观结构进行分析发现，施加５６０Ａ电流时Ａ１－??Ｆｅ界面有明显的微互锁现象，如图１－３所示。互锁行为可以明显提高焊缝的力学性能。?????（ａ）无电流?Ｃｂ）施加５６０Ａ电流??图］－３?ＦＳＷ和ＥＡＦＳＷ焊接部分Ａｌ－Ｆｅ界面比较??Ｌｉｕ?Ｘ『ｌ３］针对上述实验进行了力学分析，发现当钢放在前进侧位置时，其最高焊接??强度达到铝合金强度的８５％。前进侧Ａｌ－Ｆｅ层在温度场和焊接力的作用下会形成薄金属??层。在转速１２００ｒｐｍ－１８００ｒｐｍ时将焊接速度３０ｍｍ／ｍｉｎ提升到１２０ｍｍ／ｍｉｎ时，加热时??间和金属层厚度会发生显著变化。图１－４对比了不同转速时有无电流辅助对焊接温度的??影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业纯铝搅拌摩擦焊质量与力学性能[J]. 殷琨,黄崇湘,王艳飞,王明赛,黄爱辉. 中南大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]铝合金薄板搅拌摩擦焊搭接界面缺陷与接头性能[J]. 刘伟,熊江涛,赵华夏,栾国红,李京龙. 焊接学报. 2018(10)
[3]6082-T6铝合金搅拌摩擦焊组织演变与力学性能[J]. 王希靖,魏学玲,张亮亮. 焊接学报. 2018(03)
[4]热电偶测温技术相关特性研究[J]. 谢清俊. 工业计量. 2017(05)
[5]搅拌摩擦焊塑性金属流动基本模型[J]. 王卫兵,栾国红,张坤,赵华夏. 焊接学报. 2016(12)
[6]6061-T6铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模型和参数影响分析[J]. 肖毅华,张浩锋. 机械科学与技术. 2017(01)
[7]采用辅助能量的搅拌摩擦焊新工艺[J]. 武传松,刘小超,高嵩. 焊接. 2015(10)
[8]搅拌摩擦焊温度场[J]. 史清宇,王细波,康旭,孙延军. 清华大学学报(自然科学版). 2010(07)
[9]搅拌摩擦焊技术应用现状和发展趋势[J]. 栾国红,柴鹏. 金属加工(热加工). 2008(24)
[10]高强铝合金第二相强化及其机理[J]. 曾周亮,宁康琪,彭北山. 冶金丛刊. 2008(04)
博士论文
[1]附加超声能量对FSW焊核区微观组织演变与应变分量的影响机制[D]. 高嵩.山东大学 2018
[2]6082-T6铝合金搅拌摩擦焊过程中组织演变规律及其对焊接接头力学性能的影响[D]. 张亮亮.兰州理工大学 2018
[3]搅拌摩擦焊搅拌头疲劳寿命和构件微结构演化数值模拟[D]. 吴奇.大连理工大学 2018
[4]超声振动强化搅拌摩擦焊接热过程及材料流动的数值分析[D]. 石磊.山东大学 2016
硕士论文
[1]超声振动辅助激光熔覆3540Fe/CeO2涂层工艺研究[D]. 张翔宇.青岛理工大学 2018
[2]铝合金疲劳损伤的多点快速非线性超声检测[D]. 冯伟.哈尔滨工业大学 2015
[3]超声振动强化搅拌摩擦焊工艺及机理的研究[D]. 刘小超.山东大学 2015
[4]大功率二极管结温升实时测量技术的研究[D]. 王琳.北京工业大学 2015
[5]激光切割板材转角轨迹热应力建模与分析[D]. 吴问才.上海交通大学 2013
[6]中厚板多道焊焊接过程中温度场和应力场的三维数值模拟[D]. 梁晓燕.华中科技大学 2004
本文编号：2925899
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