基于示踪材料的双轴肩搅拌摩擦焊流场研究

发布时间：2017-10-16 13:16

  本文关键词：基于示踪材料的双轴肩搅拌摩擦焊流场研究

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【摘要】：本文利用铜粉作示踪材料对6061铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊接流场试验,对比试验前后铜粉的位置及特征分布,研究双轴肩搅拌摩擦焊过程的流场规律及焊接参数对流场特征的影响,结合试验结果提出了焊接过程塑性材料在试板水平方向和厚度方向的运动模型,并且采用FLUENT软件对双轴肩搅拌摩擦流场进行了模拟仿真。流场试验表明,水平方向,在焊缝的前进侧,塑性材料流动呈现4个不同的阶段性特征,大部分区域材料向逆向焊接方向迁移,只有热机影响区材料向焊接方向移动;在焊缝的后退侧,塑性材料都朝逆向焊接方向移动,但在焊核区的材料发生了一个二次往焊接方向迁移过程。厚度方向,焊缝厚度中心材料在搅拌针螺纹线的作用下向外运动;搅拌针直径范围内的材料(无论是前进侧还是后退侧)都有沿着螺纹自上下表面向焊缝中心运动的趋势,在前进侧上材料向焊缝厚度中心流动的趋势加剧,而在后退侧上材料既有向焊缝厚度中心流动的趋势,又有向焊缝上下表面运动的趋势。塑性材料的运动模型表明,示踪材料在搅拌头上与搅拌头接触时间越长,在旋转摩擦力下运动的位移越长,在搅拌头作用下获得的能量也就越高,当脱离搅拌头后,示踪材料运动的位移越大。焊接参数的改变会使材料呈现不同的流动特征,但是并不会影响塑性材料总的流动规律。焊接速度和旋转速度的比值的减少有利于塑性材料的流动,从而材料在水平方向和厚度方向的混合都会加剧,发生变形的示踪材料长度随着焊接速度和旋转速度比值的减少而增大,但是焊接速度对示踪材料沿逆向焊接方向移动的最大距离几乎没有影响。模拟结果表明,塑性材料流动速度在搅拌针边界最高,轴肩直径范围内次之。在焊接过程中,随着材料的旋转前移,轴肩范围内搅拌针之后的金属要比搅拌针前方的金属流动更容易,材料在搅拌头附近的速度场以焊缝厚度中心水平面上下对称。焊接速度相同而增大旋转速度时,参与旋转的材料增多;旋转速度相同而增大焊接速度时,参与旋转的材料减少。
【关键词】：示踪材料 双轴肩搅拌摩擦焊 流场 焊接参数 模拟
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG453.9
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 选题背景与意义13
• 1.2 双轴肩搅拌摩擦焊13-16
• 1.2.1 传统搅拌摩擦焊原理14-15
• 1.2.2 双轴肩搅拌摩擦焊原理15
• 1.2.3 双轴肩搅拌摩擦焊的特点15-16
• 1.2.4 双轴肩搅拌摩擦焊的流场16
• 1.3 双轴肩搅拌摩擦焊研究现状16-18
• 1.3.1 国外研究现状17
• 1.3.2 国内研究现状17-18
• 1.4 搅拌摩擦焊缝金属塑性流变研究现状18-21
• 1.4.1 搅拌摩擦焊过程中材料流变的可视化研究18-20
• 1.4.2 搅拌摩擦焊过程中材料流变的计算机模拟20-21
• 1.5 研究目的与内容21-22
• 1.5.1 研究目的21
• 1.5.2 研究内容21-22
• 第2章 试验材料、设备及方法22-28
• 2.1 试验材料和设备22-25
• 2.1.1 试验材料22
• 2.1.2 双轴肩搅拌摩擦焊机22-23
• 2.1.3 双轴肩搅拌头23-24
• 2.1.4 焊接温度检测装置24
• 2.1.5 示踪材料24-25
• 2.2 试验方法25-27
• 2.2.1 特征位置的选择25
• 2.2.2 焊接试验25-26
• 2.2.3 示踪材料检测试验26
• 2.2.4 金相试验26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 双轴肩搅拌摩擦焊流场试验28-54
• 3.1 引言28
• 3.2 试验方案28-30
• 3.2.1 水平方向对接试验方案28-29
• 3.2.2 厚度方向对接试验方案29-30
• 3.3 试验结果分析30-39
• 3.3.1 水平方向试验结果分析30-34
• 3.3.2 厚度方向试验结果分析34-39
• 3.4 塑性材料的运动模型39-42
• 3.4.1 水平方向塑性材料运动模型39-40
• 3.4.2 厚度方向塑性材料运动模型40-42
• 3.5 焊接参数对流场特征的影响42-47
• 3.5.1 旋转速度对材料流动的影响42-43
• 3.5.2 焊接速度对材料流动的影响43-46
• 3.5.3 搅拌头形状对材料流动的影响46-47
• 3.6 接头组织分析与表征47-52
• 3.6.1 焊接参数对焊缝表面形貌的影响47-49
• 3.6.2 接头宏观形貌49-50
• 3.6.3 母材区金相组织50
• 3.6.4 焊核区金相组织50-51
• 3.6.5 热机影响区金相组织51
• 3.6.6 热影响区金相组织51-52
• 3.7 本章小结52-54
• 第4章 双轴肩搅拌摩擦焊流场有限元分析54-72
• 4.1 引言54
• 4.2 FLUENT有限元软件介绍54-55
• 4.3 双轴肩搅拌摩擦焊过程模型55-60
• 4.3.1 实体模型的建立55-56
• 4.3.2 材料物性56
• 4.3.3 主控方程56-57
• 4.3.4 网格划分57-58
• 4.3.5 边界条件确定58-59
• 4.3.6 求解模型的选择59-60
• 4.4 模拟结果分析60-70
• 4.4.1 水平方向模拟结果分析60-63
• 4.4.2 厚度方向模拟结果分析63-65
• 4.4.3 焊接参数变化模拟结果分析65-70
• 4.5 本章小结70-72
• 结论72-73
• 参考文献73-77
• 作者攻读学位阶段参研课题及研究成果77-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 赵衍华,林三宝,吴林;2014铝合金搅拌摩擦焊接过程塑性金属流变可视化[J];焊接学报;2005年06期

2 董春林;董继红;赵华夏;栾国红;付瑞东;;6082铝合金双轴肩FSW接头组织及腐蚀性能[J];焊接学报;2012年10期

3 赵旭东;张忠科;傅应霞;;异种铝合金搅拌摩擦焊塑性流场的实验研究[J];现代制造技术与装备;2009年03期

4 殷春喜;黄军庆;熊震东;贾翠催;;铝及铝合金TIG焊接特性[J];热加工工艺;2011年01期

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本文编号：1042873