热振时效法消除Al-Zn-Mg合金焊接残余应力研究
发布时间：2021-02-07 01:46
高速列车车身所用材料7N01铝合金属于Al-Zn-Mg系高强度铝合金。焊后会产生较大的焊接残余应力,残余应力的存在会对结构的服役性能产生不利的影响。振动时效是一种新兴的具有简单便携、节能环保、高效安全等多种优点的消除残余应力方法,目前已经广泛应用于黑色金属消除焊接残余应力。对于7N01铝合金来说,由于其焊接残余应力与材料的屈服强度相差较大等原因,传统的振动时效技术消除焊接残余应力效果不明显。本课题在高速列车7N01铝合金的振动时效研究基础上,提出了热振复合时效技术。采用理论分析和实验研究相结合的方法,研究了温度对振动时效消除焊接残余应力效果的影响,并分析了热振时效对材料力学性能以及微观组织之间的影响。基于对振动时效原理及铝合金时效过程的研究,搭建了热振时效系统。首先从宏观、微观的角度分析了振动时效的机理,搭建了满足实验要求的振动时效平台;对焊后余热、火焰加热以及加热带加热三种加热方式进行了探究,最终选取具有温度反馈的陶瓷加热带系统;结合理论分析和实验提出振动时效参数的选择原则。研究了温度对热振时效消除残余应力效果的影响。首先随着温度升高,材料的强度下降,在1002...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不锈钢焊接接头循环载荷与应变的关系
效在微观上促进了位错的滑移，随着滑移的进行，位错密度增大，位错重新堆积以及相互缠结。M.N.James 等人[31]研究指出残余应力的降低是由于位错运动引起的。该理论认为，被点缺陷钉扎的位错环因外加循环动应力而释放，振动时效使得被释放的位错在内应力范围内移动，直到建立再稳定状态。芦亚萍通过实验分析了振动对构件疲劳寿命的影响，给出了位错塞积的应力场公式，见式（1-1）。指出只有位错塞积处的应力大于位错运动的阻力，位错才会开动并发生塑性变形[32]。1201028tanL Lr r (1-1)沈华龙从微观上解释残余应力消除的原因，分析了位错的塞积与开通。当前端位错运动遇到阻碍形成不动位错而在此塞积，在外加切应力的作用下，后续位错继续运动。后续位错遇到前端位错运动停止，于是在此形成了位错塞积群，图 1-2 为位错塞积示意图[33]。
是位错塞积群中位错的数量。位错塞积群的前端明显产生了应力集中，且随着位错塞积数目的增多，塞积群的应力集中程度越大。由于位错不断塞积、开动，该处的位错密度不断增大，且位错会发生相互缠结，位错组态变得错综复杂。因此对临界切应力产生影响。根据Baily-Hirsch关系表达：120 Gb (1-3)运动的位错会被晶界、第二相粒子等成分阻碍，从而形成位错塞积。外力作用下，位错不断开动增殖使得位错密度增加，位错相互缠结，位错组态复杂，临界切应力也随之增加。陈立功教授从实验上证明了振动时效处理后材料内部位错增多的现象[34]。实验结果表明，振动时效处理后焊缝的组织细化，材料内部的亚晶结构增多，从而提高焊缝的强度和韧性。徐颖强同样从实验上验证了振动时效对位错的影响[35]。经过振动时效处理，焊缝内部位错密度随振动时间的增加而提高，如图 1-3 所示。随着振动时间增加，材料微观形貌由不均匀变得均匀，位错密度逐渐增大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]预热对铝合金激光焊缝成形的影响[J]. 宋敏霞,王辉,刘中华,孙波. 焊接. 2018(02)
[2]Al-Mg-Zn铝合金的高温力学性能研究[J]. 汪认,张志毅,刘建,陈辉. 电焊机. 2017(07)
[3]焊接构件热振复合时效的数值和试验分析[J]. 李书齐,方洪渊,刘雪松,王苹,崔炜. 焊接学报. 2016(05)
[4]振动时效时间对激光-MIG电弧复合焊铝合金焊接接头残余应力的影响[J]. 汤运刚,万里,方喜风,程永明,张东风,马传平,岑升波. 电焊机. 2015(05)
[5]高强度铝合金厚板振动时效工艺的研究[J]. 沈华龙,吴运新,郭俊康. 振动与冲击. 2009(08)
[6]焊接变形的控制和预防[J]. 朱江. 电焊机. 2009(08)
[7]局部加载拉应力对平板焊接残余应力场的影响[J]. 潘华,方洪渊. 焊接学报. 2008(08)
[8]变形铝合金在轨道车辆中的应用[J]. 熊建武,周进. 企业技术开发. 2007(11)
[9]7N01合金扁铸锭熔铸工艺探讨[J]. 李海仙,张延辉,滕志贵. 世界有色金属. 2007(06)
[10]574.8km/h世界高速列车速度新记录的启示[J]. 钱立新. 铁道技术监督. 2007(05)
博士论文
[1]DH36钢焊接结构的振动时效判据及热振时效研究[D]. 李书齐.哈尔滨工业大学 2015
[2]Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织性能和断裂行为的研究[D]. 樊喜刚.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]铸造Al-Cu合金的热振动时效研究[D]. 康建可.中南大学 2013
[2]振动时效消减焊接残余应力的数值仿真及试验研究[D]. 代永峰.哈尔滨工业大学 2012
[3]高速列车铝合金车体焊接构件残余应力数值模拟[D]. 洪晓祥.西南交通大学 2011
[4]铝合金厚板振动时效工艺以及效果的研究[D]. 沈华龙.中南大学 2008
本文编号：3021438
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不锈钢焊接接头循环载荷与应变的关系
效在微观上促进了位错的滑移，随着滑移的进行，位错密度增大，位错重新堆积以及相互缠结。M.N.James 等人[31]研究指出残余应力的降低是由于位错运动引起的。该理论认为，被点缺陷钉扎的位错环因外加循环动应力而释放，振动时效使得被释放的位错在内应力范围内移动，直到建立再稳定状态。芦亚萍通过实验分析了振动对构件疲劳寿命的影响，给出了位错塞积的应力场公式，见式（1-1）。指出只有位错塞积处的应力大于位错运动的阻力，位错才会开动并发生塑性变形[32]。1201028tanL Lr r (1-1)沈华龙从微观上解释残余应力消除的原因，分析了位错的塞积与开通。当前端位错运动遇到阻碍形成不动位错而在此塞积，在外加切应力的作用下，后续位错继续运动。后续位错遇到前端位错运动停止，于是在此形成了位错塞积群，图 1-2 为位错塞积示意图[33]。
是位错塞积群中位错的数量。位错塞积群的前端明显产生了应力集中，且随着位错塞积数目的增多，塞积群的应力集中程度越大。由于位错不断塞积、开动，该处的位错密度不断增大，且位错会发生相互缠结，位错组态变得错综复杂。因此对临界切应力产生影响。根据Baily-Hirsch关系表达：120 Gb (1-3)运动的位错会被晶界、第二相粒子等成分阻碍，从而形成位错塞积。外力作用下，位错不断开动增殖使得位错密度增加，位错相互缠结，位错组态复杂，临界切应力也随之增加。陈立功教授从实验上证明了振动时效处理后材料内部位错增多的现象[34]。实验结果表明，振动时效处理后焊缝的组织细化，材料内部的亚晶结构增多，从而提高焊缝的强度和韧性。徐颖强同样从实验上验证了振动时效对位错的影响[35]。经过振动时效处理，焊缝内部位错密度随振动时间的增加而提高，如图 1-3 所示。随着振动时间增加，材料微观形貌由不均匀变得均匀，位错密度逐渐增大。
【参考文献】：
期刊论文
[1]预热对铝合金激光焊缝成形的影响[J]. 宋敏霞,王辉,刘中华,孙波. 焊接. 2018(02)
[2]Al-Mg-Zn铝合金的高温力学性能研究[J]. 汪认,张志毅,刘建,陈辉. 电焊机. 2017(07)
[3]焊接构件热振复合时效的数值和试验分析[J]. 李书齐,方洪渊,刘雪松,王苹,崔炜. 焊接学报. 2016(05)
[4]振动时效时间对激光-MIG电弧复合焊铝合金焊接接头残余应力的影响[J]. 汤运刚,万里,方喜风,程永明,张东风,马传平,岑升波. 电焊机. 2015(05)
[5]高强度铝合金厚板振动时效工艺的研究[J]. 沈华龙,吴运新,郭俊康. 振动与冲击. 2009(08)
[6]焊接变形的控制和预防[J]. 朱江. 电焊机. 2009(08)
[7]局部加载拉应力对平板焊接残余应力场的影响[J]. 潘华,方洪渊. 焊接学报. 2008(08)
[8]变形铝合金在轨道车辆中的应用[J]. 熊建武,周进. 企业技术开发. 2007(11)
[9]7N01合金扁铸锭熔铸工艺探讨[J]. 李海仙,张延辉,滕志贵. 世界有色金属. 2007(06)
[10]574.8km/h世界高速列车速度新记录的启示[J]. 钱立新. 铁道技术监督. 2007(05)
博士论文
[1]DH36钢焊接结构的振动时效判据及热振时效研究[D]. 李书齐.哈尔滨工业大学 2015
[2]Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织性能和断裂行为的研究[D]. 樊喜刚.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]铸造Al-Cu合金的热振动时效研究[D]. 康建可.中南大学 2013
[2]振动时效消减焊接残余应力的数值仿真及试验研究[D]. 代永峰.哈尔滨工业大学 2012
[3]高速列车铝合金车体焊接构件残余应力数值模拟[D]. 洪晓祥.西南交通大学 2011
[4]铝合金厚板振动时效工艺以及效果的研究[D]. 沈华龙.中南大学 2008
本文编号：3021438
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