静止轴肩搅拌摩擦焊的应力与变形规律研究
发布时间：2021-01-29 17:34
搅拌摩擦焊接工艺自上世纪90年代问世以来,已经被广泛应用于航空航天、造船及铁路等铝合金结构件制造领域。由于铝合金具有熔点低、线膨胀系数大和热导率高等特性,使得在焊接结束后焊件产生较大的残余应力和失稳变形,这会严重影响到焊接接头的质量和力学性能。基于此,本文采用静止轴肩搅拌摩擦焊来控制焊接残余应力和变形,并通过实验和数值模拟相结合的方法,进一步分析铝合金板材焊接接头的应力变化规律。本文选取厚度为3mm的6005A-T6铝合金板材作为研究对象,首先采用ABAQUS有限元分析软件对常规FSW和SSFSW的温度场进行预测,研究不同焊接速度对焊缝区域温度分布的影响。结果表明:焊接速度越大,焊缝温度越低;外部静止轴肩在焊接过程中吸收了大量的摩擦热,降低了焊缝的温度峰值,缩小了高温分布区域。其次,将温度场的热源模型转化为结构模型,并将温度场模拟结果作为热载荷叠加到结构模型中进行应力分析。结果表明:在焊接过程中,搅拌工具前方受热膨胀的材料被周围温度较低的材料所限制,产生压缩应力;而搅拌工具后方已经软化的材料,由于冷却收缩被焊缝周围材料所约束,从而产生拉伸应力。最后,对常规FSW和SSFSW的残余应力与...
【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
小孔法测量残余应力
沈阳航空航天大学硕士学位论文周环境相互散热的影响；搅拌头后方的材料向四周热辐射，从而引起纵向收缩，但由于收缩受到焊缝周围冷金属的约束而产生纵向拉伸应力。另外，由机械作用产生的应力和冷却收缩引起的应力相互叠加在前进侧产生最大的纵向拉伸应力，这导致了焊接接头种残余应力的不对称分布，如图 1.5 所示。
a) 云干涉与钻孔系统 b) 纵向残余应力沿垂直焊缝方向和沿深度方向的分布图 1.6 云纹干涉法测量残余应力Hatamleh 等人采用激光和喷丸处理等表面处理工艺应用于 2195 和 7075 铝合金搅拌摩擦焊缝表面，然后通过 X 射线衍射技术测量焊后试样的表面残余应力[49]。多层激光喷丸可获得较深的压缩残余应力，随着喷丸层数的增加，2195 铝合金层的压应力成正比增加，对于 7075 铝合金层随着喷丸层数的增加，残余应力变化不大。Commin等人研究了接头微观结构的演变对于镁合金热拉伸性能的影响[50]。保持焊接速度和旋转速度不变，选用两种直径分别为 10mm和 13mm 的轴肩进行焊接实验，由于组织性能的不同所获得焊缝残余应力分布存在较大差异。较大的残余拉伸应力产生在在热机影响区，并且位于焊缝前进侧的残余拉伸应力更大。Rivero 等人研究了 2195 铝锂合金搅拌摩擦焊喷丸后应力的释放和残余应力的分布特征[51]。试验结果表明，小板的母材特性在焊缝附近保持不变，小板区域没有明显的残余应力分布规律，残余应力的大小主要在 10MPa~50MPa之间。在距焊缝 25mm 左右的地方，中厚板和大板的残余应力从压应力到拉伸应力的大小发生了变化，焊核区与热机影响区界面的最大拉伸残余应力分别达到 120MPa 和200MPa。最后通过应用激光喷丸处理技术，在施加第一次循环载荷时焊件表面和内部
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢结构焊接变形和焊接应力控制分析[J]. 史慧. 四川水泥. 2017(12)
[2]6061/AZ31B异种材料FSW过程的温度场研究[J]. 刘震磊,崔祜涛,姬书得,徐敏强,杨占鹏,孟祥晨. 热加工工艺. 2016(13)
[3]6061-T6铝合金的静止轴肩搅拌摩擦焊工艺及组织性能[J]. 申浩,杨新岐,李冬晓,崔雷. 焊接学报. 2016(05)
[4]2A14铝合金双轴肩搅拌摩擦焊的温度场模拟及测定[J]. 张骁,王敏,张会杰,张景宝. 焊接. 2015(09)
[5]搅拌摩擦焊残余应力研究现状及展望[J]. 牛鹏亮,李文亚. 精密成形工程. 2015(05)
[6]镁合金搅拌摩擦焊的研究现状与展望[J]. 杨素媛,刘冬冬. 稀有金属. 2014(05)
[7]2024-T351铝合金搅拌摩擦焊焊件内部残余应力测试[J]. 张津,李峰,郑林,郭学博. 机械工程学报. 2013(02)
[8]热电偶测温技术在埋弧焊温度场测量中的应用[J]. 赵波,杨玮玮,张红,胡海朝,杨新岐,陈小伟,李志华,李国鹏. 焊管. 2012(12)
[9]LY12铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分析[J]. 王希靖,李娜,张忠科,李长瑞. 焊接学报. 2012(09)
[10]LC9铝合金搅拌摩擦焊热力影响区金属的变形行为研究[J]. 邢丽,熊俊,刘奋成,杨成刚,夏春. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2012(02)
博士论文
[1]铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊技术研究[D]. 李冬晓.天津大学 2015
硕士论文
[1]Al-Mg-Si 6082合金MIG焊焊接应力与变形的数值模拟分析[D]. 王岩.中南林业科技大学 2012
本文编号：3007296
【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
小孔法测量残余应力
沈阳航空航天大学硕士学位论文周环境相互散热的影响；搅拌头后方的材料向四周热辐射，从而引起纵向收缩，但由于收缩受到焊缝周围冷金属的约束而产生纵向拉伸应力。另外，由机械作用产生的应力和冷却收缩引起的应力相互叠加在前进侧产生最大的纵向拉伸应力，这导致了焊接接头种残余应力的不对称分布，如图 1.5 所示。
a) 云干涉与钻孔系统 b) 纵向残余应力沿垂直焊缝方向和沿深度方向的分布图 1.6 云纹干涉法测量残余应力Hatamleh 等人采用激光和喷丸处理等表面处理工艺应用于 2195 和 7075 铝合金搅拌摩擦焊缝表面，然后通过 X 射线衍射技术测量焊后试样的表面残余应力[49]。多层激光喷丸可获得较深的压缩残余应力，随着喷丸层数的增加，2195 铝合金层的压应力成正比增加，对于 7075 铝合金层随着喷丸层数的增加，残余应力变化不大。Commin等人研究了接头微观结构的演变对于镁合金热拉伸性能的影响[50]。保持焊接速度和旋转速度不变，选用两种直径分别为 10mm和 13mm 的轴肩进行焊接实验，由于组织性能的不同所获得焊缝残余应力分布存在较大差异。较大的残余拉伸应力产生在在热机影响区，并且位于焊缝前进侧的残余拉伸应力更大。Rivero 等人研究了 2195 铝锂合金搅拌摩擦焊喷丸后应力的释放和残余应力的分布特征[51]。试验结果表明，小板的母材特性在焊缝附近保持不变，小板区域没有明显的残余应力分布规律，残余应力的大小主要在 10MPa~50MPa之间。在距焊缝 25mm 左右的地方，中厚板和大板的残余应力从压应力到拉伸应力的大小发生了变化，焊核区与热机影响区界面的最大拉伸残余应力分别达到 120MPa 和200MPa。最后通过应用激光喷丸处理技术，在施加第一次循环载荷时焊件表面和内部
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢结构焊接变形和焊接应力控制分析[J]. 史慧. 四川水泥. 2017(12)
[2]6061/AZ31B异种材料FSW过程的温度场研究[J]. 刘震磊,崔祜涛,姬书得,徐敏强,杨占鹏,孟祥晨. 热加工工艺. 2016(13)
[3]6061-T6铝合金的静止轴肩搅拌摩擦焊工艺及组织性能[J]. 申浩,杨新岐,李冬晓,崔雷. 焊接学报. 2016(05)
[4]2A14铝合金双轴肩搅拌摩擦焊的温度场模拟及测定[J]. 张骁,王敏,张会杰,张景宝. 焊接. 2015(09)
[5]搅拌摩擦焊残余应力研究现状及展望[J]. 牛鹏亮,李文亚. 精密成形工程. 2015(05)
[6]镁合金搅拌摩擦焊的研究现状与展望[J]. 杨素媛,刘冬冬. 稀有金属. 2014(05)
[7]2024-T351铝合金搅拌摩擦焊焊件内部残余应力测试[J]. 张津,李峰,郑林,郭学博. 机械工程学报. 2013(02)
[8]热电偶测温技术在埋弧焊温度场测量中的应用[J]. 赵波,杨玮玮,张红,胡海朝,杨新岐,陈小伟,李志华,李国鹏. 焊管. 2012(12)
[9]LY12铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分析[J]. 王希靖,李娜,张忠科,李长瑞. 焊接学报. 2012(09)
[10]LC9铝合金搅拌摩擦焊热力影响区金属的变形行为研究[J]. 邢丽,熊俊,刘奋成,杨成刚,夏春. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2012(02)
博士论文
[1]铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊技术研究[D]. 李冬晓.天津大学 2015
硕士论文
[1]Al-Mg-Si 6082合金MIG焊焊接应力与变形的数值模拟分析[D]. 王岩.中南林业科技大学 2012
本文编号：3007296
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