铝合金焊接热裂纹宏细观开裂行为的数值模拟研究
发布时间：2021-07-12 08:32
铝合金因其具有密度小、比强度高和耐蚀性能较好等实用性优点,成为工业制造领域的常用材料之一。7XXX铝合金（Al-Zn-Mg-Cu）是一种可经过热处理强化的高强度铝合金。经过近百年的研究历史,作为一种轻质并且高强的结构材料在军工、航空航天以及轨道交通等诸多行业应用广泛。但是该合金在焊接制造的工艺过程中,焊接热裂纹的问题比较突出,对其使用寿命及使用安全性有着不可忽视的影响,因此对铝合金焊接热裂纹的发生行为进行系统研究具有重要的意义和工程实用价值。对于铝合金焊接热裂纹的成因已有大量研究,但大多以宏观表征定性分析为主,缺乏更为细观层次的定量分析理论依据。本文在前人所研究的焊接热裂纹理论基础上,以7075铝合金轧制板材为研究对象,从热裂纹形成的宏观试验现象入手,利用组合热源模型结合热-弹塑性有限元法对其在等离子-MIG焊接下宏观温度场与应力应变场进行分析计算。在此基础上,采用晶体塑性有限元的方法在细观尺度上建立了二维多晶模型,分析研究了关键区域细观应力应变及其分布规律,重点研究了脆性温度区间内应变随时间的变化率、温度随时间变化率与热裂纹形成之间的定量关系。研究结果表明:7075铝合金存在较宽的脆...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１晶体弹塑性变形几何学??Ｆｉｇ．２．１?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃ?ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ??
图３．１?Ｐｌａｓｍａ－ＭＩＧ复合焊焊接系统??Ｆｉｇ．３．１?Ｐｌａｓｍａ－ＭＩＧ?ｈｙｂｒｉｄ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??
大连交通大学工学硕士学位论文??焊接方向如图３．２所示。??表３．５焊接工艺参数??Ｔａｂｌｅ?３．５?Ｗｅｌｄｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ??等离子电流焊接速度?ＭＩＧ电流?线能量?焊接电压??焊道?，??／（Ａ）?／（ｃｍ．?ｍｉｎ－１）?／（Ａ）?／（ｋＪ－ｃｍ）?／（Ｖ）??１５０?２．５２?２０?＇??１?１００?９０??２１０?３．４２?２２．３??—ｎｎｎｎｎ?一?ｒ???Ｊ?４?靴／ｆ?Ｓ??？Ｔ１？Ｔｒ＾??、Ｔｒ、??＿＿ＩＵＵＵＵＬＩＪＬＸｊ＾ｚＬＩ????２４０?Ｊ??图３．２鱼骨焊接热裂纹试件??Ｆｉｇ．３．２?Ｆｉｓｈ?ｂｏｎｅ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｈｏｔ?ｃｒａｃｋ?ｓｐｅｃｉｍｅｎ??试验过程中，焊接热裂纹将沿着焊缝起始端直至焊缝任意位置终止，通过测量裂纹??长度，对焊接热裂纹敏感性进行评定，焊接热裂纹敏感性常用如下公式计算［６２］：??４〇１００［〇／〇］?（３．１）??式中，Ａ?热裂纹敏感性［％］，?Ｉｔ?裂纹长度［ｍｍ］，／〇?焊缝长度［ｍｍ］。??３．３．２焊接热裂纹敏感性实验结果??采用ＥＲ５３５６焊丝对７０７５－Ｔ６铝合金进行焊接试验，焊接热裂纹实验结果宏观形貌??如图３．３所示，当焊接热输入为２．５２ｋＪ／ｃｍ时裂纹起始点是热影响区然后沿着该区域晶??界断裂，热裂纹敏感性为５２．２％；当焊接热输入为３．４２ｋＪ／ｃｍ时，热输入增大，裂纹沿??晶界逐渐向焊缝中心区域开裂，但由于所用焊丝为５系焊丝，其强度差于７系铝合金故??裂纹向着焊缝中心蔓延，热裂纹敏感性为７５．５％。通过对比两种不同热输入下的裂纹长??２０
【参考文献】：
期刊论文
[1]2219铝合金TIG焊接头断裂性能研究[J]. 颜旭,马核,熊林玉,田志杰,张彦华. 航天制造技术. 2017(04)
[2]基于ABAQUS有限元计算的Al-Mg-Zn铝合金多层焊残余应力预测[J]. 陈逸飞,张晓鸿,陈辉,陈静青. 热加工工艺. 2017(03)
[3]不同热处理状态2219铝合金TIG焊接头组织性能分析[J]. 王国庆,熊林玉,田志杰,董康英,刘琦. 焊接学报. 2017(01)
[4]7075/5A06异种铝合金TIG焊接头的显微组织和力学性能[J]. 廖传清,宿国友,高艳芳,宋伟,鲍宏伟,高嘉爽. 中国有色金属学报. 2015(01)
[5]铝合金活性TIG焊接接头性能研究[J]. 严铿,何旭丹,王清曌,高莉华. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2014(02)
[6]“有限元法”的发展与应用[J]. 李冰,王蕴,任连勇. 甘肃科技. 2014(01)
[7]等离子-MIG焊的研究进展[J]. 阙福恒,王振民. 电焊机. 2013(03)
[8]有限元法及应用状况[J]. 李进霞,张伟杰,张素香. 科技创新导报. 2012(31)
[9]双丝MIG焊对称过渡波形控制及其工艺[J]. 姚屏,薛家祥,马前进,陈辉,陈晓东. 焊接学报. 2012(07)
[10]脉冲双丝MAG焊接电流相位关系对成形的影响[J]. 文元美,黄石生,吴开源,缪正平. 焊接学报. 2010(09)
博士论文
[1]等离子-MIG焊接方法及其双弧复合特性的研究[D]. 张义顺.沈阳工业大学 2006
硕士论文
[1]7075铝合金等离子-MIG复合焊接工艺及接头性能研究[D]. 邵盈恺.大连交通大学 2018
[2]7075超硬铝合金焊接性及焊接接头组织研究[D]. 何偲倬.沈阳工业大学 2017
[3]铝合金等离子-MIG复合焊工艺研究[D]. 魏波.西南交通大学 2014
[4]2195铝锂合金焊接热裂纹敏感性和焊接材料研究[D]. 李小飞.北京航空材料研究院 2007
[5]5A06铝合金Plasma-MIG焊工艺研究[D]. 石磊.哈尔滨工业大学 2006
[6]焊接材料及工艺对铝合金焊接性能的影响[D]. 元恒新.重庆大学 2006
本文编号：3279568
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１晶体弹塑性变形几何学??Ｆｉｇ．２．１?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃ?ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ??
图３．１?Ｐｌａｓｍａ－ＭＩＧ复合焊焊接系统??Ｆｉｇ．３．１?Ｐｌａｓｍａ－ＭＩＧ?ｈｙｂｒｉｄ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??
大连交通大学工学硕士学位论文??焊接方向如图３．２所示。??表３．５焊接工艺参数??Ｔａｂｌｅ?３．５?Ｗｅｌｄｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ??等离子电流焊接速度?ＭＩＧ电流?线能量?焊接电压??焊道?，??／（Ａ）?／（ｃｍ．?ｍｉｎ－１）?／（Ａ）?／（ｋＪ－ｃｍ）?／（Ｖ）??１５０?２．５２?２０?＇??１?１００?９０??２１０?３．４２?２２．３??—ｎｎｎｎｎ?一?ｒ???Ｊ?４?靴／ｆ?Ｓ??？Ｔ１？Ｔｒ＾??、Ｔｒ、??＿＿ＩＵＵＵＵＬＩＪＬＸｊ＾ｚＬＩ????２４０?Ｊ??图３．２鱼骨焊接热裂纹试件??Ｆｉｇ．３．２?Ｆｉｓｈ?ｂｏｎｅ?ｗｅｌｄｉｎｇ?ｈｏｔ?ｃｒａｃｋ?ｓｐｅｃｉｍｅｎ??试验过程中，焊接热裂纹将沿着焊缝起始端直至焊缝任意位置终止，通过测量裂纹??长度，对焊接热裂纹敏感性进行评定，焊接热裂纹敏感性常用如下公式计算［６２］：??４〇１００［〇／〇］?（３．１）??式中，Ａ?热裂纹敏感性［％］，?Ｉｔ?裂纹长度［ｍｍ］，／〇?焊缝长度［ｍｍ］。??３．３．２焊接热裂纹敏感性实验结果??采用ＥＲ５３５６焊丝对７０７５－Ｔ６铝合金进行焊接试验，焊接热裂纹实验结果宏观形貌??如图３．３所示，当焊接热输入为２．５２ｋＪ／ｃｍ时裂纹起始点是热影响区然后沿着该区域晶??界断裂，热裂纹敏感性为５２．２％；当焊接热输入为３．４２ｋＪ／ｃｍ时，热输入增大，裂纹沿??晶界逐渐向焊缝中心区域开裂，但由于所用焊丝为５系焊丝，其强度差于７系铝合金故??裂纹向着焊缝中心蔓延，热裂纹敏感性为７５．５％。通过对比两种不同热输入下的裂纹长??２０
【参考文献】：
期刊论文
[1]2219铝合金TIG焊接头断裂性能研究[J]. 颜旭,马核,熊林玉,田志杰,张彦华. 航天制造技术. 2017(04)
[2]基于ABAQUS有限元计算的Al-Mg-Zn铝合金多层焊残余应力预测[J]. 陈逸飞,张晓鸿,陈辉,陈静青. 热加工工艺. 2017(03)
[3]不同热处理状态2219铝合金TIG焊接头组织性能分析[J]. 王国庆,熊林玉,田志杰,董康英,刘琦. 焊接学报. 2017(01)
[4]7075/5A06异种铝合金TIG焊接头的显微组织和力学性能[J]. 廖传清,宿国友,高艳芳,宋伟,鲍宏伟,高嘉爽. 中国有色金属学报. 2015(01)
[5]铝合金活性TIG焊接接头性能研究[J]. 严铿,何旭丹,王清曌,高莉华. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2014(02)
[6]“有限元法”的发展与应用[J]. 李冰,王蕴,任连勇. 甘肃科技. 2014(01)
[7]等离子-MIG焊的研究进展[J]. 阙福恒,王振民. 电焊机. 2013(03)
[8]有限元法及应用状况[J]. 李进霞,张伟杰,张素香. 科技创新导报. 2012(31)
[9]双丝MIG焊对称过渡波形控制及其工艺[J]. 姚屏,薛家祥,马前进,陈辉,陈晓东. 焊接学报. 2012(07)
[10]脉冲双丝MAG焊接电流相位关系对成形的影响[J]. 文元美,黄石生,吴开源,缪正平. 焊接学报. 2010(09)
博士论文
[1]等离子-MIG焊接方法及其双弧复合特性的研究[D]. 张义顺.沈阳工业大学 2006
硕士论文
[1]7075铝合金等离子-MIG复合焊接工艺及接头性能研究[D]. 邵盈恺.大连交通大学 2018
[2]7075超硬铝合金焊接性及焊接接头组织研究[D]. 何偲倬.沈阳工业大学 2017
[3]铝合金等离子-MIG复合焊工艺研究[D]. 魏波.西南交通大学 2014
[4]2195铝锂合金焊接热裂纹敏感性和焊接材料研究[D]. 李小飞.北京航空材料研究院 2007
[5]5A06铝合金Plasma-MIG焊工艺研究[D]. 石磊.哈尔滨工业大学 2006
[6]焊接材料及工艺对铝合金焊接性能的影响[D]. 元恒新.重庆大学 2006
本文编号：3279568
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