6061-T6铝合金搅拌摩擦点焊工艺数值模拟研究
发布时间：2021-03-31 07:56
在汽车领域中,轻量化设计是解决可再生能源不足问题的良好途径,采用更为轻便的铝合金代替钢材成为近些年汽车轻量化领域的研究重点。但由于铝合金具有熔点低,易氧化等特性,导致传统熔化焊形成的焊点质量较差,而搅拌摩擦焊作为一种固相焊接技术,完美克服了熔化焊中再结晶过程产生的缺陷,但现阶段缺乏能够准确描述搅拌摩擦点焊全过程的瞬态热输入模型。因此本文基于搅拌摩擦点焊全过程,建立新型瞬态输入热源模型,利用此模型表征焊接各项参数与焊点成型的内在联系,并利用搅拌摩擦点焊焊接实验对模型的可靠性加以验证,旨在明确焊接过程温度场变化,探究焊点成型机理及优化焊接工艺及焊点力学性能。具体内容如下:首先,本文基于搅拌摩擦点焊全过程建立了新型瞬态输入热源模型。通过确定摩擦假设、屈服准则等基础假设,得出了搅拌针各部分的生热功率方程,结合实际焊接条件确定均布面热源与双椭球体热源的作用逻辑,提出了针对于搅拌摩擦点焊下压,停留,冷却三个阶段的新型瞬态输入热源模型,并结合二次开发实现了对于焊接过程的仿真。其次,本文进行了搅拌摩擦焊焊接实验,为仿真模型的准确性提供依据。选择乘用车常用的2mm厚的6061-T6铝合金板材,并匹配合适...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
搅拌摩擦焊原理图
第1章绪论3图1.1搅拌摩擦焊原理图1.2.2搅拌摩擦点焊分类搅拌摩擦点焊的技术原理基本类似于带有横向移动的搅拌摩擦焊技术，同为借助搅拌头与材料的摩擦生热使材料发生软化并伴随塑性流动进而形成焊点，但并无沿工件水平移动的过程。按照工艺实现方式不同，搅拌摩擦点焊主要分为以下几种[19]：（1）常规搅拌摩擦点焊常规搅拌摩擦点焊是由日本马自达等公司研究发明的点焊工艺[20]。由搅拌摩擦缝焊过程中简化而来的。但在整个焊接过程中搅拌头不沿焊接试件的平面移动，焊接结束后搅拌头直接竖直向上离开焊点。搅拌摩擦点焊不仅适用于对焊，也可以应用于搭焊，如图1.2所示[21-22]，但由于在搅拌摩擦焊结束时刻搅拌头要脱离材料，这样就会在焊接结束的焊点留下一个匙孔，这会令成型的焊点中心处的横截面积大大减小，进而会削弱焊点的力学性能，同时也影响美观。图1.2常规搅拌摩擦点焊基本过程
吉林大学硕士学位论文4（2）摆动式搅拌摩擦点焊常规搅拌摩擦点焊具有设备简单、生产效率高、易于自动化等优点，但如前文所说，常规搅拌摩擦点焊过程会因为有搅拌针的存在而在焊接之后留下匙孔，这样会使接头中心处横截面积变小，不仅美观程度下降同时也会降低力学性能。为增加焊点中心处的横截面积，提出了摆动式搅拌摩擦点焊这一方法，如图1.3所示[23-24]为方法的示意图。在这种方法中，搅拌头在自身旋转的同时在一个事先设定好的轨道内平移，类似于“自转”与“公转”最终回到中心。但与搅拌摩擦缝焊不同的是其“公转”轨道区域相对较校利用这种方式增加了被搅拌材料的范围，焊点的截面积增加，从而提高了接头的力学性能，但缺点是焊点中心仍然存在搅拌头退出形成的匙孔。此外，当输入不同的搅拌头“公转”行进轨迹时，同样会得到成形性能不同的摆动式搅拌摩擦点焊接头。图1.3摆动式搅拌摩擦点焊基本过程（3）回填式搅拌摩擦点焊摆动式搅拌摩擦点焊能够通过增加焊点处搅拌材料的范围提高接头力学性能，但该方法需要有能精确控制搅拌头做复杂运动与精确路径行的焊接设备，同时还要给出能够性能良好焊点性能的运动路径。满足以上条件才有可能获得良好力学性能接头，且白洞石搅拌摩擦点焊在焊点中心处同样留有匙孔。针对匙孔的问题，德国GKSS研究中心提出了回填式搅拌摩擦点焊，基本原理如图1.4所示[25-26]。在该方法中所采用的搅拌头的搅拌针和轴肩（搅拌套筒）是独立的两部分以实现分别进行控制。开始阶段：搅拌针与轴肩共同向下移动，过程与普通搅拌摩擦点焊相同；回填阶段分为两种方式：搅拌套筒下压搅拌针回填与搅拌针下压搅拌套筒回填。图1.4中展示的为前者，后者的工序中b、c两道工序顺序相反；回撤阶段：轴肩与搅拌针回归最?
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车轻量化焊接技术发展现状与未来[J]. 陈宇豪,薛松柏,王博,韩翼龙. 材料导报. 2019(S2)
[2]基于热源模型7075铝合金搅拌摩擦焊接机理分析与研究[J]. 李翔,李积元,王金辉. 青海大学学报. 2018(03)
[3]铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模拟分析[J]. 赵翔,朱政强,王小乐. 焊接技术. 2018(04)
[4]铝-铜异种材料对接搅拌摩擦焊温度场数值模拟[J]. 江旭东,黄俊,周琦,王克鸿,孙宏宇. 焊接学报. 2018(03)
[5]搅拌摩擦焊瞬态温度场的数值模型[J]. 刘其鹏,王忠旭,杨鑫华,高月华. 科学技术与工程. 2017(34)
[6]DP600/6061无匙孔搅拌摩擦点焊温度场研究[J]. 王希靖,许有伟,刘勇,郁志勇. 电焊机. 2017(01)
[7]6061-T6铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模型和参数影响分析[J]. 肖毅华,张浩锋. 机械科学与技术. 2017(01)
[8]搅拌摩擦焊的三维有限元摩擦模型数值模拟研究[J]. 段忠祥. 热加工工艺. 2015(15)
[9]搅拌摩擦点焊技术及其研究现状[J]. 傅田,李文亚,杨夏炜,李锦锋,高大路. 材料工程. 2015(04)
[10]7075铝合金搅拌摩擦焊接头温度场及残余应力场的有限元模拟[J]. 郭柱,朱浩,崔少朋,王彦红. 焊接学报. 2015(02)
硕士论文
[1]5005铝合金搅拌摩擦焊接实验与温度场数值模拟研究[D]. 张浩锋.华东交通大学 2016
本文编号：3111087
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
搅拌摩擦焊原理图
第1章绪论3图1.1搅拌摩擦焊原理图1.2.2搅拌摩擦点焊分类搅拌摩擦点焊的技术原理基本类似于带有横向移动的搅拌摩擦焊技术，同为借助搅拌头与材料的摩擦生热使材料发生软化并伴随塑性流动进而形成焊点，但并无沿工件水平移动的过程。按照工艺实现方式不同，搅拌摩擦点焊主要分为以下几种[19]：（1）常规搅拌摩擦点焊常规搅拌摩擦点焊是由日本马自达等公司研究发明的点焊工艺[20]。由搅拌摩擦缝焊过程中简化而来的。但在整个焊接过程中搅拌头不沿焊接试件的平面移动，焊接结束后搅拌头直接竖直向上离开焊点。搅拌摩擦点焊不仅适用于对焊，也可以应用于搭焊，如图1.2所示[21-22]，但由于在搅拌摩擦焊结束时刻搅拌头要脱离材料，这样就会在焊接结束的焊点留下一个匙孔，这会令成型的焊点中心处的横截面积大大减小，进而会削弱焊点的力学性能，同时也影响美观。图1.2常规搅拌摩擦点焊基本过程
吉林大学硕士学位论文4（2）摆动式搅拌摩擦点焊常规搅拌摩擦点焊具有设备简单、生产效率高、易于自动化等优点，但如前文所说，常规搅拌摩擦点焊过程会因为有搅拌针的存在而在焊接之后留下匙孔，这样会使接头中心处横截面积变小，不仅美观程度下降同时也会降低力学性能。为增加焊点中心处的横截面积，提出了摆动式搅拌摩擦点焊这一方法，如图1.3所示[23-24]为方法的示意图。在这种方法中，搅拌头在自身旋转的同时在一个事先设定好的轨道内平移，类似于“自转”与“公转”最终回到中心。但与搅拌摩擦缝焊不同的是其“公转”轨道区域相对较校利用这种方式增加了被搅拌材料的范围，焊点的截面积增加，从而提高了接头的力学性能，但缺点是焊点中心仍然存在搅拌头退出形成的匙孔。此外，当输入不同的搅拌头“公转”行进轨迹时，同样会得到成形性能不同的摆动式搅拌摩擦点焊接头。图1.3摆动式搅拌摩擦点焊基本过程（3）回填式搅拌摩擦点焊摆动式搅拌摩擦点焊能够通过增加焊点处搅拌材料的范围提高接头力学性能，但该方法需要有能精确控制搅拌头做复杂运动与精确路径行的焊接设备，同时还要给出能够性能良好焊点性能的运动路径。满足以上条件才有可能获得良好力学性能接头，且白洞石搅拌摩擦点焊在焊点中心处同样留有匙孔。针对匙孔的问题，德国GKSS研究中心提出了回填式搅拌摩擦点焊，基本原理如图1.4所示[25-26]。在该方法中所采用的搅拌头的搅拌针和轴肩（搅拌套筒）是独立的两部分以实现分别进行控制。开始阶段：搅拌针与轴肩共同向下移动，过程与普通搅拌摩擦点焊相同；回填阶段分为两种方式：搅拌套筒下压搅拌针回填与搅拌针下压搅拌套筒回填。图1.4中展示的为前者，后者的工序中b、c两道工序顺序相反；回撤阶段：轴肩与搅拌针回归最?
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车轻量化焊接技术发展现状与未来[J]. 陈宇豪,薛松柏,王博,韩翼龙. 材料导报. 2019(S2)
[2]基于热源模型7075铝合金搅拌摩擦焊接机理分析与研究[J]. 李翔,李积元,王金辉. 青海大学学报. 2018(03)
[3]铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模拟分析[J]. 赵翔,朱政强,王小乐. 焊接技术. 2018(04)
[4]铝-铜异种材料对接搅拌摩擦焊温度场数值模拟[J]. 江旭东,黄俊,周琦,王克鸿,孙宏宇. 焊接学报. 2018(03)
[5]搅拌摩擦焊瞬态温度场的数值模型[J]. 刘其鹏,王忠旭,杨鑫华,高月华. 科学技术与工程. 2017(34)
[6]DP600/6061无匙孔搅拌摩擦点焊温度场研究[J]. 王希靖,许有伟,刘勇,郁志勇. 电焊机. 2017(01)
[7]6061-T6铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模型和参数影响分析[J]. 肖毅华,张浩锋. 机械科学与技术. 2017(01)
[8]搅拌摩擦焊的三维有限元摩擦模型数值模拟研究[J]. 段忠祥. 热加工工艺. 2015(15)
[9]搅拌摩擦点焊技术及其研究现状[J]. 傅田,李文亚,杨夏炜,李锦锋,高大路. 材料工程. 2015(04)
[10]7075铝合金搅拌摩擦焊接头温度场及残余应力场的有限元模拟[J]. 郭柱,朱浩,崔少朋,王彦红. 焊接学报. 2015(02)
硕士论文
[1]5005铝合金搅拌摩擦焊接实验与温度场数值模拟研究[D]. 张浩锋.华东交通大学 2016
本文编号：3111087
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