大厚度6061-T6铝合金板搅拌摩擦焊研究

发布时间：2017-04-15 19:26

  本文关键词：大厚度6061-T6铝合金板搅拌摩擦焊研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 6061-T6铝合金属A1-Mg-Si系可热处理强化铝合金,具有中等强度、良好的塑韧性、耐腐蚀性和挤压性等优点,在航空航天、航海以及轨道车辆等领域被广泛使用。目前针对6061-T6铝合金的传统焊接方法存在易产生焊接裂纹和气孔、焊接变形大、焊缝力学性能不高等问题,大厚度焊接则更加困难。搅拌摩擦焊作为一种新型固相连接方法为6061-T6铝合金厚板焊接提供了一种新的解决途径。 搅拌摩擦焊温度场和流场是影响焊缝微观组织和力学性能的重要因素,本文应用流体动力学理论和计算流体分析软件FLUENT构建了不同厚度与不同工艺参数的6061-T6铝合金板搅拌摩擦焊的温度场和流场模型。数值仿真的结果和试验结果基本吻合。 在数值仿真的基础上,分别对厚度为22mm和60mm6061-T6铝合金板进行了单道与双道搅拌摩擦焊接试验,在22mm6061-T6铝合金板的焊接试验中,采用了多种焊接速度,结果表明焊接速度对焊缝成形与力学性能有重要影响；在60mm 6061-T6铝合金板的双道搅拌摩擦焊试验中,当旋转速度为1000r／min、焊接速度为80mm／min时,焊接接头强度达到218MPa,为母材的70%。本文对焊缝进行了力学性能测试,并选取显微硬度较低的点进行组织强化相观察,结果表明黑色Mg2Si相是6061-T6铝合金的主要强化相,它的尺寸、形态和含量对焊接头力学性能有较大影响,由焊接热循环引发的强化相重固溶和过时效是导致焊接头力学性能下降的重要原因；对不同厚度的微观组织进行光学和电镜观察,结果表明由于焊接区温度分布沿厚度方向存在较大差异,焊接过程中焊缝组织沿厚度方向的发生了较大改变,是大厚度铝合金板焊接困难和力学性能不高的关键原因。 在22mm和60mm 6061-T6铝合金板搅拌摩擦焊接试验基础上,摸索出较为成熟的焊接规律与工艺参数,将搅拌摩擦焊接技术推广到多种厚度6061-T6铝合金板的焊接工艺上,最大焊接厚度达到70mm,并成功应用于大型直流电机铝合金板的焊接。
【关键词】：搅拌摩擦焊 6061-T6铝合金 大厚度 数值仿真 力学性能 微观组织
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TG453.9
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 搅拌摩擦焊发展概述9-13
• 1.1.1 搅拌摩擦焊基本原理9-10
• 1.1.2 搅拌摩擦焊的特点10-11
• 1.1.3 应用领域11-13
• 1.2 搅拌摩擦焊工具的研究现状13-15
• 1.2.1 轴肩的研究现状13-14
• 1.2.2 搅拌头的研究现状14-15
• 1.3 搅拌摩擦焊数值模拟的研究现状15-17
• 1.3.1 搅拌摩擦焊温度场研究现状16
• 1.3.2 搅拌摩擦焊流场研究现状16-17
• 1.4 铝合金的焊接17-20
• 1.4.1 铝合金的常规焊接方法及存在的问题17-18
• 1.4.2 铝合金的搅拌摩擦焊18
• 1.4.3 6061-T6铝合金的搅拌摩擦焊及研究现状18-20
• 1.5 本文选题意义及研究的主要内容20
• 1.6 本章小结20-21
• 第二章 6061-T6铝合金搅拌摩擦焊数值模型的建立21-37
• 2.1 引言21
• 2.2 计算流体动力学概述21
• 2.3 控制方程21-22
• 2.4 物性参数22-24
• 2.4.1 热导率及比热容22-24
• 2.4.2 粘度24
• 2.5 热源模型24-30
• 2.6 计算模型的选取及边界条件的设定30-32
• 2.6.1 计算平台30
• 2.6.2 计算模型选取30-31
• 2.6.3 边界条件的设定31-32
• 2.7 有限元模型的建立32-35
• 2.7.1 搅拌头的设计32
• 2.7.2 轴肩的设计32
• 2.7.3 几何模型的建立及网格划分32-33
• 2.7.4 22mm厚板有限元模型的建立33-34
• 2.7.5 60mm厚板有限元模型的建立34-35
• 2.8 本章小结35-37
• 第三章 数值仿真及结果分析37-57
• 3.1 22mm厚板焊接的温度场仿真与分析37-41
• 3.2 22mm厚板焊接的流场仿真与分析41-45
• 3.2.1 流场沿厚度方向的分布变化41-45
• 3.3 60mm厚板焊接的温度场仿真与分析45-49
• 3.3.1 温度场沿厚度方向的分布变化47-49
• 3.4 60mm厚板焊接的流场仿真与分析49-52
• 3.5 焊接速度对温度分布的影响52-53
• 3.6 焊接厚度对温度分布的影响53-55
• 3.7 本章小结55-57
• 第四章 6061-T6铝合金厚板搅拌摩擦焊接试验57-87
• 4.1 试验条件57-59
• 4.1.1 试验材料57
• 4.1.2 焊接设备57-58
• 4.1.3 搅拌工具58-59
• 4.1.4 检测设备59
• 4.2 焊接工艺过程59-60
• 4.3 22mm 6061-T6铝合金板焊接试验及分析60-66
• 4.3.1 焊接试验及工艺参数60-61
• 4.3.2 拉伸试验及分析61-62
• 4.3.3 金相组织及分析62-65
• 4.3.4 显微硬度及分析65-66
• 4.4 60mm 6061-T6铝合金板焊接试验及分析66-75
• 4.4.1 焊接试验及工艺参数66
• 4.4.2 拉伸试验及分析66-67
• 4.4.3 断口形貌及分析67-68
• 4.4.4 显微硬度及分析68-70
• 4.4.5 强化相分布及分析70-75
• 4.5 焊缝组织沿厚度方向的变化及分析75-78
• 4.5.1 组织形貌沿厚度方向的变化75-76
• 4.5.2 组织强化相沿厚度方向的变化76-77
• 4.5.3 组织沿厚度方向变化规律的分析77-78
• 4.6 FSW焊接缺陷及修补78-80
• 4.6.1 常见焊缝缺陷78-79
• 4.6.2 焊缝缺陷检测技术及原理79
• 4.6.3 焊缝缺陷修补79-80
• 4.7 不同厚度6061-T6铝合金板搅拌摩擦焊接试验及应用80-84
• 4.7.1 70mm 6061-T6铝合金板搅拌摩擦焊接82-83
• 4.7.2 大型直流电机铝合金板焊接试验83-84
• 4.8 仿真模型验证84
• 4.9 本章小结84-87
• 全文总结87-89
• 参考文献89-95
• 致谢95-97
• 攻读学位期间主要的研究成果97

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 殷鹏飞;张蓉;熊江涛;赵凯;李京龙;;搅拌摩擦焊准稳态温度场数值模拟[J];西北工业大学学报;2012年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 贺暑俊;2524薄板搅拌摩擦焊工艺研究[D];中南大学;2011年

2 李生朋;铝合金薄板搅拌摩擦焊焊接变形机理与控制[D];中南大学;2011年

3 周光;铝合金搅拌摩擦焊T型接头焊接工艺及组织性能研究[D];天津大学;2012年

4 张腾;6061铝合金搅拌摩擦焊接工艺研究[D];西南交通大学;2012年

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本文编号：309107