6061铝合金搅拌摩擦焊完全热力耦合数值仿真及试验研究
发布时间：2020-12-30 21:49
搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding,FSW）,是一项环保的焊接技术,焊接过程中不需要保护气,价格低廉而且焊接成型好。焊接过程中的温度场会影响焊接接头的组织结构、应力应变分布等,从而影响焊接接头的质量。然而,搅拌摩擦焊是一个多物理场耦合的复杂过程,常规实验测温方法需要耗费大量人力物力,且难以对焊接过程中的温度场进行全面的了解。为了了解搅拌摩擦焊接过程中的温度场分布情况,本文采用有限元模拟与实验验证相结合的方法,对6061-T6铝合金在焊接过程中的温度场进行了研究。对不同工况下焊接试样各测温点的温度变化进行了即时记录,分析了焊接参数对温度变化的影响,以及温度对应力分布的影响。通过分析搅拌摩擦焊的物理过程,用ANSYS有限元软件模拟了焊接过程,分析了焊接过程中的温度场及应力场,研究内容与结果如下:（1）对不同焊接参数下的焊接过程进行了模拟,结果显示:不同焊接参数下,温度场分布区域变化情况一致,高温区域成椭圆形,随着焊接进行向焊接前进方向移动;转速越高,焊接速度越慢,峰值温度越高,高温区范围越大。（2）在焊接参数400～1200rpm,100mm/min下,焊接应力随转速增...
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
搅拌摩擦焊接原理图
桂林理工大学硕士学位论文3大型环缝搅拌摩擦焊接时背部刚性支撑垫板的安装问题，美国国家航空航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，简称NASA）开发了双轴肩搅拌摩擦焊技术[20]，并将其成功应用于运载火箭贮箱环缝[21]以及SLS贮箱的焊接。2002年8月，美国月蚀航空公司利用FSW技术研制出了全搅拌摩擦焊轻型商用飞机，首次试飞成功。2009年，洛马公司在米丘德总装厂开始建造猎户座飞船[22]，于2014年12月首次无人测试飞行成功，焊接飞船的设备为万用焊接系统II（UniversalWeldSystemII，UWSII）。图1.2deltaⅡ太空船燃料箱专用FSW设备Figure1.2DeltaⅡspacecraftfueltankdedicatedFSWequipments图1.3航天飞机助推燃料筒Figure1.3Spaceshuttleboosterfuelbarrel（2）在造船业中的应用。在造船业中，搅拌摩擦焊主要应用于壁板、甲板、侧墙以及船体外壳、直升机降落平台等构件中[23]。我国自主研发的，由铝合金板焊接而成的“双体穿浪艇”中应用了搅拌摩擦焊技术。大连武汉等造船厂也使用搅拌摩擦焊对船体的壁板、甲板等合金结构进行了焊接。2015年，航空工业赛福斯特公司为中船重工提供双机头搅拌摩擦焊设备，用于筒体环缝及纵缝焊接。焊接系统配备双机头，薄板焊接机头，具有二维搅拌摩擦焊接功能及自动换刀功能，最大焊接厚度16mm，厚板焊接机头集成有去匙孔机构，最大焊接厚度35mm。在国外，挪威MarineAluminum公司的FSW设备，是世界上第一台商业化的FSW
桂林理工大学硕士学位论文3大型环缝搅拌摩擦焊接时背部刚性支撑垫板的安装问题，美国国家航空航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，简称NASA）开发了双轴肩搅拌摩擦焊技术[20]，并将其成功应用于运载火箭贮箱环缝[21]以及SLS贮箱的焊接。2002年8月，美国月蚀航空公司利用FSW技术研制出了全搅拌摩擦焊轻型商用飞机，首次试飞成功。2009年，洛马公司在米丘德总装厂开始建造猎户座飞船[22]，于2014年12月首次无人测试飞行成功，焊接飞船的设备为万用焊接系统II（UniversalWeldSystemII，UWSII）。图1.2deltaⅡ太空船燃料箱专用FSW设备Figure1.2DeltaⅡspacecraftfueltankdedicatedFSWequipments图1.3航天飞机助推燃料筒Figure1.3Spaceshuttleboosterfuelbarrel（2）在造船业中的应用。在造船业中，搅拌摩擦焊主要应用于壁板、甲板、侧墙以及船体外壳、直升机降落平台等构件中[23]。我国自主研发的，由铝合金板焊接而成的“双体穿浪艇”中应用了搅拌摩擦焊技术。大连武汉等造船厂也使用搅拌摩擦焊对船体的壁板、甲板等合金结构进行了焊接。2015年，航空工业赛福斯特公司为中船重工提供双机头搅拌摩擦焊设备，用于筒体环缝及纵缝焊接。焊接系统配备双机头，薄板焊接机头，具有二维搅拌摩擦焊接功能及自动换刀功能，最大焊接厚度16mm，厚板焊接机头集成有去匙孔机构，最大焊接厚度35mm。在国外，挪威MarineAluminum公司的FSW设备，是世界上第一台商业化的FSW
【参考文献】：
期刊论文
[1]研磨金属镜表面去氧化实验研究[J]. 杨振华,尚春民. 长春理工大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]汽车用5754铝合金板材搅拌摩擦焊工艺研究[J]. 高崇,刘贞山,李书磊,赵丕植. 焊接技术. 2019(08)
[3]大功率发射机在线非接触式智能温控系统设计与实现[J]. 刘春学. 电子世界. 2019(13)
[4]铝铜异种材料搅拌摩擦焊接接头微观组织与性能[J]. 孟强,车倩颖,王快社,张坤,王文,黄丽颖,彭湃,乔柯. 材料导报. 2019(12)
[5]铝合金高速FSW热输入模型及焊缝峰值温度研究[J]. 万心勇,胡志力,庞秋,詹博异. 稀有金属材料与工程. 2019(06)
[6]静止轴肩对FSW温度与应力影响的数值模拟[J]. 刘景麟,吕赞,陈克鹏,杭子轩,崔璨. 精密成形工程. 2019(03)
[7]基于光电探测的多光谱测温装置[J]. 张磊,陈绍武,赵海川,王平,武俊杰. 中国光学. 2019(02)
[8]铝合金T形接头搅拌摩擦焊研究进展[J]. 杨海峰,许欣欣,郭孜颂,周利,赵慧慧. 焊接. 2019(03)
[9]铝合金搅拌摩擦焊接技术的现状与展望[J]. 侯艳喜,徐荣正,李慧,崔盛林,国旭明. 热加工工艺. 2019(05)
[10]铝合金搅拌摩擦焊在NASA的研究与应用[J]. 于海静,白志富,王国庆,赵衍华. 航天制造技术. 2019(01)
硕士论文
[1]温度场对5A06铝合金FSW焊缝成形与接头组织的影响[D]. 崔超.太原科技大学 2017
[2]镁合金搅拌摩擦焊温度场及接头组织性能研究[D]. 肖诗雨.江苏科技大学 2013
[3]铝/镁异种金属搅拌摩擦焊搭接温度场的研究[D]. 万昕.大连交通大学 2012
[4]搅拌摩擦焊温度场数值模拟研究[D]. 陈婷.东北大学 2012
[5]5A02铝合金搅拌摩擦焊接工艺及温度场研究[D]. 苏晓莉.西安建筑科技大学 2006
本文编号：2948350
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
搅拌摩擦焊接原理图
桂林理工大学硕士学位论文3大型环缝搅拌摩擦焊接时背部刚性支撑垫板的安装问题，美国国家航空航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，简称NASA）开发了双轴肩搅拌摩擦焊技术[20]，并将其成功应用于运载火箭贮箱环缝[21]以及SLS贮箱的焊接。2002年8月，美国月蚀航空公司利用FSW技术研制出了全搅拌摩擦焊轻型商用飞机，首次试飞成功。2009年，洛马公司在米丘德总装厂开始建造猎户座飞船[22]，于2014年12月首次无人测试飞行成功，焊接飞船的设备为万用焊接系统II（UniversalWeldSystemII，UWSII）。图1.2deltaⅡ太空船燃料箱专用FSW设备Figure1.2DeltaⅡspacecraftfueltankdedicatedFSWequipments图1.3航天飞机助推燃料筒Figure1.3Spaceshuttleboosterfuelbarrel（2）在造船业中的应用。在造船业中，搅拌摩擦焊主要应用于壁板、甲板、侧墙以及船体外壳、直升机降落平台等构件中[23]。我国自主研发的，由铝合金板焊接而成的“双体穿浪艇”中应用了搅拌摩擦焊技术。大连武汉等造船厂也使用搅拌摩擦焊对船体的壁板、甲板等合金结构进行了焊接。2015年，航空工业赛福斯特公司为中船重工提供双机头搅拌摩擦焊设备，用于筒体环缝及纵缝焊接。焊接系统配备双机头，薄板焊接机头，具有二维搅拌摩擦焊接功能及自动换刀功能，最大焊接厚度16mm，厚板焊接机头集成有去匙孔机构，最大焊接厚度35mm。在国外，挪威MarineAluminum公司的FSW设备，是世界上第一台商业化的FSW
桂林理工大学硕士学位论文3大型环缝搅拌摩擦焊接时背部刚性支撑垫板的安装问题，美国国家航空航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，简称NASA）开发了双轴肩搅拌摩擦焊技术[20]，并将其成功应用于运载火箭贮箱环缝[21]以及SLS贮箱的焊接。2002年8月，美国月蚀航空公司利用FSW技术研制出了全搅拌摩擦焊轻型商用飞机，首次试飞成功。2009年，洛马公司在米丘德总装厂开始建造猎户座飞船[22]，于2014年12月首次无人测试飞行成功，焊接飞船的设备为万用焊接系统II（UniversalWeldSystemII，UWSII）。图1.2deltaⅡ太空船燃料箱专用FSW设备Figure1.2DeltaⅡspacecraftfueltankdedicatedFSWequipments图1.3航天飞机助推燃料筒Figure1.3Spaceshuttleboosterfuelbarrel（2）在造船业中的应用。在造船业中，搅拌摩擦焊主要应用于壁板、甲板、侧墙以及船体外壳、直升机降落平台等构件中[23]。我国自主研发的，由铝合金板焊接而成的“双体穿浪艇”中应用了搅拌摩擦焊技术。大连武汉等造船厂也使用搅拌摩擦焊对船体的壁板、甲板等合金结构进行了焊接。2015年，航空工业赛福斯特公司为中船重工提供双机头搅拌摩擦焊设备，用于筒体环缝及纵缝焊接。焊接系统配备双机头，薄板焊接机头，具有二维搅拌摩擦焊接功能及自动换刀功能，最大焊接厚度16mm，厚板焊接机头集成有去匙孔机构，最大焊接厚度35mm。在国外，挪威MarineAluminum公司的FSW设备，是世界上第一台商业化的FSW
【参考文献】：
期刊论文
[1]研磨金属镜表面去氧化实验研究[J]. 杨振华,尚春民. 长春理工大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]汽车用5754铝合金板材搅拌摩擦焊工艺研究[J]. 高崇,刘贞山,李书磊,赵丕植. 焊接技术. 2019(08)
[3]大功率发射机在线非接触式智能温控系统设计与实现[J]. 刘春学. 电子世界. 2019(13)
[4]铝铜异种材料搅拌摩擦焊接接头微观组织与性能[J]. 孟强,车倩颖,王快社,张坤,王文,黄丽颖,彭湃,乔柯. 材料导报. 2019(12)
[5]铝合金高速FSW热输入模型及焊缝峰值温度研究[J]. 万心勇,胡志力,庞秋,詹博异. 稀有金属材料与工程. 2019(06)
[6]静止轴肩对FSW温度与应力影响的数值模拟[J]. 刘景麟,吕赞,陈克鹏,杭子轩,崔璨. 精密成形工程. 2019(03)
[7]基于光电探测的多光谱测温装置[J]. 张磊,陈绍武,赵海川,王平,武俊杰. 中国光学. 2019(02)
[8]铝合金T形接头搅拌摩擦焊研究进展[J]. 杨海峰,许欣欣,郭孜颂,周利,赵慧慧. 焊接. 2019(03)
[9]铝合金搅拌摩擦焊接技术的现状与展望[J]. 侯艳喜,徐荣正,李慧,崔盛林,国旭明. 热加工工艺. 2019(05)
[10]铝合金搅拌摩擦焊在NASA的研究与应用[J]. 于海静,白志富,王国庆,赵衍华. 航天制造技术. 2019(01)
硕士论文
[1]温度场对5A06铝合金FSW焊缝成形与接头组织的影响[D]. 崔超.太原科技大学 2017
[2]镁合金搅拌摩擦焊温度场及接头组织性能研究[D]. 肖诗雨.江苏科技大学 2013
[3]铝/镁异种金属搅拌摩擦焊搭接温度场的研究[D]. 万昕.大连交通大学 2012
[4]搅拌摩擦焊温度场数值模拟研究[D]. 陈婷.东北大学 2012
[5]5A02铝合金搅拌摩擦焊接工艺及温度场研究[D]. 苏晓莉.西安建筑科技大学 2006
本文编号：2948350
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