铝合金薄板高速搅拌摩擦焊组织和性能研究
发布时间：2021-11-01 02:17
铝合金薄板具有高塑性、大比强度、优异的耐腐蚀性能和机加工等特性,被广泛应用到汽车、轨道交通和飞机制造业。特别是在通用飞机和无人机,在结构强度和刚度满足的情况下,轻量化是提升飞行能力的重要指标。铝合金薄板作为结构件材料应用时,焊接加工不可避免。传统熔焊连接析出强化型铝合金,易在焊缝区形成冶金缺陷和严重软化,导致接头力学性能低下。搅拌摩擦焊技术属固相连接,可有效避免熔焊缺陷,提升接头力学性能。铝合金薄板搅拌摩擦焊时,采用常规转速焊接,工艺参数选择范围小,焊接效率低,而且极易因工艺参数选择不当而导致焊缝成型困难;采用高转速焊接,工艺参数选择范围大,焊接效率高,而且高转速保证充足的焊接热输入,有利于获得成型良好的焊接接头。本文采用数值模拟和试验测试相结合的研究方法,探讨了0.8 mm厚6061-T6铝合金薄板高速搅拌摩擦焊接头的温度分布以及温度分布对接头组织和性能的影响规律,分析了高速搅拌摩擦稳态焊接过程中的产热机制和成型机理,同时优化了0.8mm厚6061-T6铝合金薄板高速搅拌摩擦焊接工艺条件及焊后热处理工艺,并基于工艺参数优化建立了接头抗拉强度的预测模型。铝合金薄板高速搅拌摩擦焊接温度分...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
论文的主要创新与贡献
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 铝合金搅拌摩擦焊接研究现状
1.2.1 铝合金搅拌摩擦焊接头温度分布
1.2.2 铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能
1.3 铝合金薄板搅拌摩擦焊研究现状
1.3.1 铝合金薄板搅拌摩擦焊接头温度场
1.3.2 铝合金薄板搅拌摩擦焊接头组织与性能
1.4 研究内容和方案
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究方案
第2章 试验材料及研究方法
2.1 试验材料
2.2 搅拌摩擦焊接设备及工艺
2.2.1 搅拌摩擦焊设备
2.2.2 工艺参数选择
2.3 铝合金薄板搅拌摩擦焊接头温度场
2.3.1 温度场数值模拟
2.3.2 温度场测量方法
2.4 铝合金薄板搅拌摩擦焊接头微观组织分析
2.4.1 光学显微镜分析
2.4.2 电子背散射衍射分析
2.4.3 透射电子显微分析
2.5 铝合金薄板搅拌摩擦焊接头力学性能测试
2.5.1 硬度分布
2.5.2 拉伸性能
第3章 高速搅拌摩擦焊接头温度场与产热机制
3.1 引言
3.2 焊接接头温度场数值模拟
3.2.1 几何模型与网格划分
3.2.2 热传导方程与边界定义
3.2.3 搅拌摩擦焊的产热机制分析
3.2.4 材料的热物性参数
3.2.5 焊接接头温度场数值模拟结果与分析
3.3 工艺参数对焊接接头温度场影响分析
3.3.1 转速对温度场的影响规律
3.3.2 焊速对温度场的影响规律
3.4 本章小结
第4章 高速搅拌摩擦焊接头再结晶行为及微观组织特征
4.1 引言
4.2 母材区
4.3 焊核区再结晶机制和微观组织特征分析
4.3.1 再结晶机制分析
4.3.2 晶粒细化机制及析出相演变分析
4.5 热力影响区形成机制及组织特征分析
4.5.1 近焊核区侧热力影响区形成机制及组织特征分析
4.5.2 近热影响区侧热力影响区形成机制及组织特征分析
4.6 本章小结
第5章 工艺参数对焊接接头组织与力学性能的影响
5.1 引言
5.2 搅拌头几何形貌对接头组织和力学性能的影响分析
5.2.1 常规转速工艺下搅拌头几何形貌对接头组织和力学性能的影响
5.2.2 高转速工艺下搅拌头几何形貌对接头组织和力学性能的影响
5.3 常规转速下工艺参数对接头组织和力学性能的影响分析
5.3.1 转速对接头微观组织和力学性能的影响
5.3.2 焊速对接头微观组织和力学性能的影响
5.4 高转速下工艺参数对接头组织和力学性能的影响分析
5.4.1 转速对接头微观组织和力学性能的影响
5.4.2 焊速对接头微观组织和力学性能的影响
5.5 铝合金薄板搅拌摩擦焊接工艺参数优化
5.5.1 自然因素和编码
5.5.2 响应面法模型建立与分析
5.5.3 参数优化结果
5.6 本章小结
第6章 焊接工装和时效处理对焊接接头组织与力学性能的影响
6.1 引言
6.2 夹持距离对接头成型特征和力学性能的影响分析
6.2.1 夹持距离对接头成型特征的影响
6.2.2 夹持距离对接头力学性能的影响
6.3 垫板对接头组织和力学性能的影响分析
6.3.1 垫板对接头宏观成型的影响
6.3.2 垫板对接头微观组织的影响
6.3.3 垫板对接头力学性能的影响
6.4 人工时效对接头组织和力学性能的影响分析
6.4.1 人工时效对接头微观组织的影响
6.4.2 人工时效对接头力学性能的影响
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Improving Joint Features and Mechanical Properties of Pinless Fiction Stir Welding of Alcald 2A12-T4 Aluminum Alloy[J]. Zhenlei Liu,Hutao Cui,Shude Ji,Minqiang Xu,Xiangchen Meng. Journal of Materials Science & Technology. 2016(12)
[2]Impact of Friction Stir Welding （FSW） Process Parameters on Thermal Modeling and Heat Generation of Aluminum Alloy Joints[J]. Saad B.Aziz,Mohammad W.Dewan,Daniel J.Huggett,Muhammad A.Wahab,Ayman M.Okeil,T.Warren Liao. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(09)
[3]7B04铝合金薄板的搅拌摩擦焊接及接头低温超塑性研究[J]. 杨超,王继杰,马宗义,倪丁瑞,付明杰,李晓华,曾元松. 金属学报. 2015(12)
[4]铝合金6061高转速无倾角微搅拌摩擦焊温度分布研究[J]. 赵慧慧,封小松,熊艳艳,李红军,董丰波,胡蓝,郭立杰. 电焊机. 2014(04)
[5]6082铝合金双轴肩搅拌摩擦焊试板温度场研究[J]. 李敬勇,周小平,董春林,董继红. 航空材料学报. 2013(05)
[6]搅拌头几何特征对搅拌摩擦焊试板温度场的影响[J]. 李敬勇,亢晓亮,赵阳阳. 航空材料学报. 2013(01)
[7]6013—T4铝合金薄板搅拌摩擦焊热输入对焊缝成形及组织性能的影响[J]. 秦国梁,张坤,张文斌,武传松. 焊接学报. 2010(11)
[8]基于响应曲面法的微细铣削表面粗糙度预报模型与试验研究[J]. 石文天,王西彬,刘玉德,刘志兵. 中国机械工程. 2009(20)
[9]6061-T6铝合金薄板的搅拌摩擦焊接[J]. 佟建华,李炼,邓冬,万发荣. 北京科技大学学报. 2008(09)
[10]搅拌摩擦焊接及其加工研究现状与展望[J]. 任淑荣,马宗义,陈礼清. 材料导报. 2007(01)
本文编号：3469328
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
论文的主要创新与贡献
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 铝合金搅拌摩擦焊接研究现状
1.2.1 铝合金搅拌摩擦焊接头温度分布
1.2.2 铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能
1.3 铝合金薄板搅拌摩擦焊研究现状
1.3.1 铝合金薄板搅拌摩擦焊接头温度场
1.3.2 铝合金薄板搅拌摩擦焊接头组织与性能
1.4 研究内容和方案
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究方案
第2章 试验材料及研究方法
2.1 试验材料
2.2 搅拌摩擦焊接设备及工艺
2.2.1 搅拌摩擦焊设备
2.2.2 工艺参数选择
2.3 铝合金薄板搅拌摩擦焊接头温度场
2.3.1 温度场数值模拟
2.3.2 温度场测量方法
2.4 铝合金薄板搅拌摩擦焊接头微观组织分析
2.4.1 光学显微镜分析
2.4.2 电子背散射衍射分析
2.4.3 透射电子显微分析
2.5 铝合金薄板搅拌摩擦焊接头力学性能测试
2.5.1 硬度分布
2.5.2 拉伸性能
第3章 高速搅拌摩擦焊接头温度场与产热机制
3.1 引言
3.2 焊接接头温度场数值模拟
3.2.1 几何模型与网格划分
3.2.2 热传导方程与边界定义
3.2.3 搅拌摩擦焊的产热机制分析
3.2.4 材料的热物性参数
3.2.5 焊接接头温度场数值模拟结果与分析
3.3 工艺参数对焊接接头温度场影响分析
3.3.1 转速对温度场的影响规律
3.3.2 焊速对温度场的影响规律
3.4 本章小结
第4章 高速搅拌摩擦焊接头再结晶行为及微观组织特征
4.1 引言
4.2 母材区
4.3 焊核区再结晶机制和微观组织特征分析
4.3.1 再结晶机制分析
4.3.2 晶粒细化机制及析出相演变分析
4.5 热力影响区形成机制及组织特征分析
4.5.1 近焊核区侧热力影响区形成机制及组织特征分析
4.5.2 近热影响区侧热力影响区形成机制及组织特征分析
4.6 本章小结
第5章 工艺参数对焊接接头组织与力学性能的影响
5.1 引言
5.2 搅拌头几何形貌对接头组织和力学性能的影响分析
5.2.1 常规转速工艺下搅拌头几何形貌对接头组织和力学性能的影响
5.2.2 高转速工艺下搅拌头几何形貌对接头组织和力学性能的影响
5.3 常规转速下工艺参数对接头组织和力学性能的影响分析
5.3.1 转速对接头微观组织和力学性能的影响
5.3.2 焊速对接头微观组织和力学性能的影响
5.4 高转速下工艺参数对接头组织和力学性能的影响分析
5.4.1 转速对接头微观组织和力学性能的影响
5.4.2 焊速对接头微观组织和力学性能的影响
5.5 铝合金薄板搅拌摩擦焊接工艺参数优化
5.5.1 自然因素和编码
5.5.2 响应面法模型建立与分析
5.5.3 参数优化结果
5.6 本章小结
第6章 焊接工装和时效处理对焊接接头组织与力学性能的影响
6.1 引言
6.2 夹持距离对接头成型特征和力学性能的影响分析
6.2.1 夹持距离对接头成型特征的影响
6.2.2 夹持距离对接头力学性能的影响
6.3 垫板对接头组织和力学性能的影响分析
6.3.1 垫板对接头宏观成型的影响
6.3.2 垫板对接头微观组织的影响
6.3.3 垫板对接头力学性能的影响
6.4 人工时效对接头组织和力学性能的影响分析
6.4.1 人工时效对接头微观组织的影响
6.4.2 人工时效对接头力学性能的影响
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Improving Joint Features and Mechanical Properties of Pinless Fiction Stir Welding of Alcald 2A12-T4 Aluminum Alloy[J]. Zhenlei Liu,Hutao Cui,Shude Ji,Minqiang Xu,Xiangchen Meng. Journal of Materials Science & Technology. 2016(12)
[2]Impact of Friction Stir Welding （FSW） Process Parameters on Thermal Modeling and Heat Generation of Aluminum Alloy Joints[J]. Saad B.Aziz,Mohammad W.Dewan,Daniel J.Huggett,Muhammad A.Wahab,Ayman M.Okeil,T.Warren Liao. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(09)
[3]7B04铝合金薄板的搅拌摩擦焊接及接头低温超塑性研究[J]. 杨超,王继杰,马宗义,倪丁瑞,付明杰,李晓华,曾元松. 金属学报. 2015(12)
[4]铝合金6061高转速无倾角微搅拌摩擦焊温度分布研究[J]. 赵慧慧,封小松,熊艳艳,李红军,董丰波,胡蓝,郭立杰. 电焊机. 2014(04)
[5]6082铝合金双轴肩搅拌摩擦焊试板温度场研究[J]. 李敬勇,周小平,董春林,董继红. 航空材料学报. 2013(05)
[6]搅拌头几何特征对搅拌摩擦焊试板温度场的影响[J]. 李敬勇,亢晓亮,赵阳阳. 航空材料学报. 2013(01)
[7]6013—T4铝合金薄板搅拌摩擦焊热输入对焊缝成形及组织性能的影响[J]. 秦国梁,张坤,张文斌,武传松. 焊接学报. 2010(11)
[8]基于响应曲面法的微细铣削表面粗糙度预报模型与试验研究[J]. 石文天,王西彬,刘玉德,刘志兵. 中国机械工程. 2009(20)
[9]6061-T6铝合金薄板的搅拌摩擦焊接[J]. 佟建华,李炼,邓冬,万发荣. 北京科技大学学报. 2008(09)
[10]搅拌摩擦焊接及其加工研究现状与展望[J]. 任淑荣,马宗义,陈礼清. 材料导报. 2007(01)
本文编号：3469328
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