6061-T6铝合金激光焊接头组织性能及热力耦合研究

发布时间：2021-12-09 01:50

　　目前,随着人们环保节能意识逐渐提高,轻型汽车已成为世界汽车发展的趋势。轻型汽车即指汽车轻量化。铝合金密度低,比强度高,储量丰富,是汽车轻量化的首选材料。然而铝合金激光焊中下塌,气孔等不可避免的焊接缺陷仍是试验与工程难题。因此,研究铝合金激光焊工艺参数对焊缝性能的影响具有重要的现实价值。本文以4mm厚的6061-T6铝合金作为研究对象,通过对其激光焊接头宏观形貌、微观特征、力学性能、腐蚀性能等的检测,以及采用ABAQUS软件对其焊接温度场及应力场的模拟分析,得到如下结论:激光自熔焊试验中,激光焊工艺参数对6061-T6铝合金焊缝宏观形貌有显著影响。适当的离焦量（Af）,激光功率（P）和焊接速度（v）可以显著降低焊缝中的气孔率。最优工艺参数为:P=4.8kW,△f=-1mm,v=30mm/s。熔合线附近为柱状晶体结构,生长方向垂直于熔合线。焊缝中心是细小的等轴晶和树枝状结构,晶粒尺寸细小且与母材尺寸相差明显。虽然激光能量集中,但加热速度快,冷却速度快的特点,使得铝合金激光焊的热影响区很窄。X射线衍射和扫描电镜分析的结果表明,6061-T6铝合金激光焊焊缝区域中存在明显偏析。6061-T6铝... 

【文章来源】：江苏科技大学江苏省

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的背景与选题意义
    1.2 铝合金激光焊接
        1.2.1 铝合金激光焊接的难点
        1.2.2 铝合金激光焊接的优点
    1.3 铝合金激光焊接的研究现状
        1.3.1 国内铝合金激光焊接研究现状
        1.3.2 国外铝合金激光焊接研究现状
    1.4 铝合金激光焊接模拟研究现状
        1.4.1 激光焊接热源模型
        1.4.2 激光焊接熔池小孔模拟
        1.4.3 激光焊接温度场模拟
        1.4.4 激光焊接应力场模拟
    1.5 课题研究内容
第2章 试验材料、设备以及方法
    2.1 试验材料
        2.1.1 材料成分
        2.1.2 焊前准备
    2.2 焊接设备及试验过程
        2.2.1 焊接设备
        2.2.2 焊接试验过程
    2.3 焊接接头分析试验
        2.3.1 焊接接头组织分析
        2.3.2 焊接接头力学性能试验
        2.3.3 焊接接头元素成分及物相分析
        2.3.4 焊接接头耐蚀性试验
    2.4 激光焊接过程的数值模拟
第3章 铝合金激光焊接头宏观形貌和微观特征
    3.1 引言
    3.2 工艺参数对激光自熔焊焊缝表面形貌的影响
        3.2.1 离焦量对焊缝成形的影响
        3.2.2 激光功率对焊缝成形的影响
        3.2.3 焊接速度对焊缝成形的影响
    3.3 工艺参数对激光-MIG复合焊焊缝表面形貌的影响
    3.4 激光自熔焊与激光-MIG复合焊表面形貌对比
    3.5 工艺参数对激光自熔焊焊缝宏观截面形貌的影响
        3.5.1 气孔缺陷产生机理与控制措施
        3.5.2 离焦量对焊缝宏观形貌的影响
        3.5.3 激光功率对焊缝宏观形貌的影响
        3.5.4 焊接速度对焊缝宏观形貌的影响
    3.6 激光自熔焊与激光-MIG复合焊接头宏观形貌对比
        3.6.1 激光自熔焊与激光-MIG复合焊宏观横截面形貌对比
        3.6.2 激光自熔焊与激光-MIG复合焊接头中气孔率对比
    3.7 激光焊焊接接头微观组织分析
        3.7.1 焊接接头各区域组织
        3.7.2 离焦量对焊接接头微观组织的影响
        3.7.3 激光功率对焊接接头微观组织的影响
        3.7.4 焊接速度对焊接接头微观组织的影响
        3.7.5 激光自熔焊接与激光-MIG复合焊接接头微观组织对比分析
    3.8 激光焊焊接接头XRD分析
        3.8.1 焊接接头XRD波峰强度
        3.8.2 母材及焊接接头XRD物相分析
    3.9 激光焊焊接接头元素含量及物相分析
        3.9.1 焊缝中心元素含量分析
        3.9.2 焊缝熔合线附近元素含量分析
        3.9.3 焊缝微观组织
        3.9.4 焊缝熔合线附近颗粒物物相分析
    3.10 本章小结
第4章 6061 铝合金激光焊接头力学及腐蚀性能研究
    4.1 引言
    4.2 焊接工艺及参数对焊接接头显微硬度的影响
        4.2.1 激光自熔焊焊接接头显微硬度各层异性
        4.2.2 离焦量对激光自熔焊焊接接头显微硬度的影响
        4.2.3 激光功率对激光自熔焊焊接接头显微硬度的影响
        4.2.4 焊接速度对激光自熔焊焊接接头显微硬度的影响
        4.2.5 激光自熔焊接与激光-MIG复合焊接显微硬度对比分析
    4.3 焊接工艺及参数对焊接接头拉伸性能的影响
        4.3.1 母材拉伸性能
        4.3.2 激光自熔焊各组工艺参数下拉伸性能
        4.3.3 离焦量对激光自熔焊焊接接头拉伸性能的影响
        4.3.4 激光功率对激光自熔焊焊接接头拉伸性能的影响
        4.3.5 焊接速度对激光自熔焊焊接接头拉伸性能的影响
        4.3.6 激光自熔焊与激光-MIG复合焊接头拉伸性能对比
    4.4 拉伸断口形貌分析
        4.4.1 母材断口形貌
        4.4.2 离焦量对激光自熔焊拉伸断口微观形貌影响
        4.4.3 激光自熔焊与激光-MIG复合焊断口宏观形貌对比分析
        4.4.4 激光自熔焊与激光-MIG复合焊断口微观形貌对比分析
    4.5 激光自熔焊与激光-MIG复合焊焊缝耐腐蚀性能对比
    4.6 本章小结
第5章 铝合金激光自熔焊温度场及应力场分析
    5.1 引言
    5.2 温度场的实测
        5.2.1 实测点布置方案
        5.2.2 温度场的测量与结果分析
    5.3 激光焊数值模拟
        5.3.1 ABAQUS数值模拟简介
        5.3.2 建立模型的基础理论
        5.3.3 双椭球热源模型
    5.4 数值模拟过程
        5.4.1 建立数学模型
        5.4.2 建立物理模型
        5.4.3 添加材料属性
        5.4.4 创建分析步骤
        5.4.5 相互作用
        5.4.6 添加载荷
        5.4.7 划分网格
        5.4.8 提交作业
    5.5 数值模拟温度场计算结果分析
        5.5.1 模拟焊缝横截面与实际焊缝横截面对比
        5.5.2 焊接试板表面模拟结果分析
        5.5.3 焊接试板纵截面模拟结果分析
        5.5.4 特征点热循环曲线
    5.6 焊接工艺参数对温度场模拟结果影响
        5.6.1 离焦量对模拟结果影响
        5.6.2 激光功率对模拟结果影响
        5.6.3 焊接速度对模拟结果影响
    5.7 热应力分析
        5.7.1 热应力产生原因
        5.7.2 米塞斯屈服准则
        5.7.3 热应力云图结果分析
        5.7.4 焊接加热过程横向应力应变分布讨论
        5.7.5 焊接加热过程纵向应力应变分布讨论
    5.8 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3529676