双向超声波随焊控制铝合金焊接变形及热裂纹的机理研究

发布时间：2020-03-10 19:05

【摘要】：硬铝合金薄板构件焊接后存在大的焊接变形和热裂敏感性高等缺点,针对这个问题提出了双向超声波激振随焊控制法。在焊接过程中通过对铝合金薄板同时施加垂向超声与横向超声激振,来综合控制焊接变形及热裂纹。垂向超声作用于熔池后方一定距离的高温塑性区,激振该部位金属使其产生纵向塑性流动,抵消焊缝收缩,达到控制焊接变形的目的。横向超声作用于薄板两侧,通过激振对脆性温度区间进行横向挤压来抵消其冷却过程受到的致裂拉伸应变,控制焊接热裂纹。根据双向超声激振随焊原理,利用MARC软件建立了双向超声随焊有限元模型。通过对焊接温度场,应力场的模拟值与实际焊接试件实测值的对比,验证了模型的可靠性。通过模拟初步确定了双向超声随焊的一些焊接工艺参数,得到了垂向超声控制焊接变形最佳激振功率及有效激振范围,横向超声控制焊接热裂纹的激振振幅与功率对应关系。自行研制了双向超声随焊装置及夹具,并进行了焊接试验。试验结果表明,垂向超声在控制焊接变形方面起主要作用,但其同时也会增大焊接热裂纹倾向。横向超声可以完全抑制焊接热裂纹的产生和扩展,同时对控制焊接变形也有一定贡献。有效的垂向超声激振距离为25mm-50mm,当横向超声功率为100W时,随着垂向超声激振距离的减小,焊接挠曲变形越来越小,当垂向超声激振距离为25mm时,最大挠曲变形量为2mm,但同时试件的裂纹率也随之增大。增大横向超声功率可以有效抑制热裂纹的产生。在垂向超声激振距离为25mm时,横向超声功率为100W时的裂纹率为9.7%,而施加功率为200W横向超声后,可得到无宏观裂纹的焊接试件。对比双向超声随焊条件与常规焊下LY12薄板焊接接头的微观组织和力学性能。发现相比于常规焊,双向超声随焊下焊接接头熔合区金属晶粒得到了一定的细化,焊缝区金属呈现纵向塑性流动。且接头的维氏硬度测量表明,经过超声激振,其硬度相比常规焊有较大提高。
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.14

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本文编号：2586111