材料摩擦性能对搅拌摩擦焊接头温度及焊缝成形的影响

发布时间：2017-10-26 12:12

  本文关键词：材料摩擦性能对搅拌摩擦焊接头温度及焊缝成形的影响

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【摘要】：通过试验测定2A12、5A06、7075-O、7075-T6四种铝合金在不同温度下的摩擦系数,基于ANSYS有限元软件,在摩擦系数随温度变化的情况下,模拟铝合金搅拌摩擦焊温度场。通过热电偶测温系统测量距焊缝中心不同距离特征点的温度,将测量结果与模拟结果进行对比。在相同工艺参数下,对四种铝合金进行搅拌摩擦焊工艺试验,分析材料摩擦性能对搅拌摩擦焊接头温度及焊缝成形的影响,为焊接工艺的优化提供理论依据。摩擦试验结果表明,随着温度的升高,变形铝合金与H13钢之间的摩擦系数变化经历三个阶段,先随着温度的升高略减小;温度继续升高时,摩擦系数急剧增大,达到一个最大值;温度进一步升高时,摩擦系数开始急剧减小,到450℃时,铝合金的摩擦系数接近零。铝合金与H13钢之间的摩擦系数变化的三个阶段,其摩擦磨损机制不同,随着温度的升高,摩擦机制由干摩擦向边界摩擦转变,磨损机制由磨粒磨损向粘着磨损转变。模拟结果表明,在摩擦系数随温度变化的情况下,5A06铝合金能达到的最高温度值最大,为500℃,其次是7075-O铝合金和7075-T6铝合金,分别为487℃和482℃,2A12铝合金能达到的最高温度值最低,为467℃。摩擦系数最大值和摩擦系数开始减小的转折温度共同影响铝合金搅拌摩擦焊接头温度,摩擦系数的最大值越大,摩擦系数开始减小的转折温度越高,铝合金FSW接头能达到的最高温度值越高。铝合金搅拌摩擦焊初始阶段的加热速度不同,7075-O和7075-T6铝合金加热速度变化趋势相似,随焊接时间的增加急剧增大后迅速减小;5A06和2A12铝合金的加热速度变化趋势相似,随焊接时间的增加,先略增大后保持不变最后缓慢减小。这是由于受初始摩擦系数和摩擦系数最大值影响,初始摩擦系数越大,摩擦系数开始增大的转折温度越低,摩擦系数的最大值越大,铝合金搅拌摩擦焊初始阶段的加热速度则越大。焊缝成形研究结果表明,材料摩擦性能通过影响焊缝表面温度来影响表面形貌,当摩擦产热量足够使焊缝表面温度超过材料的熔点下限时,部分熔化的金属在摩擦界面起润滑作用,有利于得到良好的表面形貌。焊核尺寸则受摩擦产热量和材料塑性变形抗力的共同影响,当摩擦产热量相当时,塑性变形抗力小的材料,其焊核面积和宽度越大;当材料的塑性变形抗力接近时,摩擦产热量大的材料,其焊核面积和宽度越大。
【关键词】：摩擦性能 搅拌摩擦焊 接头温度 焊缝成形
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG453.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究的目的和意义9
• 1.2 国内外研究现状9-17
• 1.2.1 材料性能对搅拌摩擦焊的影响研究10-13
• 1.2.2 搅拌摩擦焊温度场的研究13-15
• 1.2.3 搅拌摩擦焊缝成形的研究15-17
• 1.3 研究内容17-18
• 第2章 试验条件和方法18-29
• 2.1 试验材料及设备18-19
• 2.1.1 试验材料18
• 2.1.2 试验设备18-19
• 2.2 试验方法19-29
• 2.2.1 摩擦系数的测量19-20
• 2.2.2 铝合金FSW接头温度测量试验20-21
• 2.2.3 变形铝合金搅拌摩擦焊温度场模拟21-27
• 2.2.3.1 变形铝合金搅拌摩擦焊热源模型21-22
• 2.2.3.2 摩擦系数与热源的关系22-23
• 2.2.3.3 几何模型的建立23-24
• 2.2.3.4 单元与网格24
• 2.2.3.5 边界条件和载荷24-26
• 2.2.3.6 变形铝合金的热物理性能26-27
• 2.2.4 金相试样制备27
• 2.2.5 焊核尺寸测试方法27-29
• 第3章 变形铝合金摩擦性能研究29-36
• 3.1 变形铝合金摩擦系数随温度变化规律29-30
• 3.2 变形铝合金摩擦性能分析30-32
• 3.3 变形铝合金微观摩擦形貌研究32-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 材料摩擦性能对FSW接头温度的影响36-50
• 4.1 铝合金FSW温度场模拟36-43
• 4.1.1 摩擦性能对铝合金FSW温度场分布的影响36-40
• 4.1.2 摩擦性能对铝合金FSW加热速度的影响40-42
• 4.1.3 摩擦性能对铝合金FSW热循环的影响42-43
• 4.2 铝合金FSW接头温度测量结果分析43-45
• 4.3 模拟与试验结果分析比较45-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 材料摩擦性能对搅拌摩擦焊缝成形的影响50-57
• 5.1 摩擦性能对焊缝表面形貌的影响50-51
• 5.2 摩擦性能对焊缝横截面形貌的影响51-52
• 5.3 分析讨论52-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第6章 结论57-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士期间发表论文63-64
• 致谢64-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 邢丽,柯黎明,周细应,刘鸽平;防锈铝LF6的固态塑性连接工艺[J];中国有色金属学报;2002年06期

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本文编号：1098622