高速列车6061铝合金激光焊接工艺研究

发布时间：2021-03-16 16:01

6061铝合金是一种典型的Al-Mg-Si系中等强度铝合金,因其成型性良好、焊接性优异和经济性适宜等特点在工业生产中得到了广泛的应用。相对于铝合金的传统焊接工艺,激光焊接因其能量密度高、焊接速度快、热输入小、焊接变形小等特点,具有诸多优势。首先,基于ANSYS有限元方法采用高斯热源模型对6061铝合金激光焊的温度场进行了数值模拟,分析了焊件温度场分布特点,确定了适于6061铝合金激光焊接的焊接参数范围。之后,采用光纤激光器进行了厚度为3 mm 6061铝合金的焊接。研究了激光功率、焊接速度、离焦量和保护气体流量等工艺参数对焊缝成形的影响;同时还进行了6061铝合金激光焊接接头的显微组织观察和力学性能测试。结果表明:铝合金纯激光焊适宜的焊接参数为激光功率P为2 500 W,焊接速度V为50 mm/s,离焦量F为-1 mm,保护气体流量G为10 L/min;激光焊接6061铝合金焊缝组织晶粒细小且存在大量枝晶,焊缝边缘多为柱状晶,焊缝中心多为树枝状的Al-Si共晶体;线能量越小,焊接接头的硬度和抗拉强度越大,最优工艺下焊接接头的抗拉强度可达到母材抗拉强度的71%。最后,为了改善6061铝合金的激光焊接工艺,引入了预置粉末工艺,通过研究不同的预置粉末对焊缝成形、显微组织和硬度的影响,得出预置粉末的最佳方案为成分比为Al:Si:Ni=8:1:1的混合粉末,预置混合粉末后焊接接头强度可达246.8 MPa,约为母材的80%。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG456.7

文章目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 铝合金在高速列车中的应用现状

1.2.2 铝合金焊接技术状态及存在问题

1.2.3 铝合金激光焊接技术发展现状

1.3 研究内容及创新点

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 主要创新点

第二章 6061铝合金激光对焊温度场数值模拟

2.1 激光焊接数值模拟理论基础

2.1.1 焊接数值模拟方法概述

2.1.2 三维瞬态传热问题基本方程

2.1.3 三种基本传热方式

2.2 6061铝合金激光对焊有限元模型的建立

2.2.1 材料参数

2.2.2 有限元模型的建立及网格划分

2.2.3 热源模型的建立

2.3 工艺参数对6061铝合金激光对焊温度场的影响

2.3.0 激光对焊温度场分析

2.3.1 激光功率对温度场的影响

2.3.2 焊接速度对温度场的影响

2.3.3 离焦量对温度场的影响

2.3.4 热输入对温度场的影响

2.4 预置粉末对6061铝合金激光对焊温度场的影响

2.5 本章小结

第三章 6061铝合金激光焊接工艺研究

3.1 6061铝合金激光焊接设备及方法

3.2 试验材料及处理

3.2.1 试验材料

3.2.2 试验材料的处理

3.3 试样制备与分析测试

3.3.1 金相样品制备与观察

3.3.2 显微硬度测试

3.3.3 力学性能测试

3.4 工艺参数对6061铝合金焊缝成形的影响

3.4.1 6061铝合金激光焊接接头形貌

3.4.2 激光功率对焊缝成形的影响

3.4.3 焊接速度对焊缝成形的影响

3.4.4 离焦量对焊缝成形的影响

3.4.5 保护气体流量对焊缝成形的影响

3.5 铝合金激光焊接接头微观组织及性能分析

3.5.1 焊接接头显微组织分析

3.5.2 焊接接头显微硬度分析

3.5.3 拉伸性能结果与分析

3.6 6061铝合金激光焊接接头气孔分析

3.7 6061铝合金激光焊接工艺的优化

3.8 本章小节

第四章预置粉末对6061铝合金激光焊接工艺影响研究

4.1 预置粉末的设备及方法

4.1.1 预置粉末的设备

4.1.2 预置粉末的方法

4.2 预置粉末对焊接参数的影响

4.3 预置不同粉末对焊缝成形的影响

4.3.1 预置Al粉对焊缝成形的影响

4.3.2 预置Si粉对焊缝成形的影响

4.3.3 预置Ni粉对焊缝成形的影响

4.3.4 预置Ti粉对焊缝成形的影响

4.3.5 预置混合粉末对焊缝成形的影响

4.4 预置粉末后焊接接头微观组织及性能分析

4.4.1 焊接接头微观组织分析

4.4.2 焊接接头显微硬度分析

4.4.3 焊接接头拉伸性能分析

4.5 本章小结

第五章结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文

【相似文献】