随焊氩气激冷控制铝/钢异种金属焊接残余应力与变形研究
发布时间：2021-09-29 09:00
近年来,铝/钢一体化结构越来越多地应用于汽车、航天航空和轮船的制造中,以获得高强度的轻质结构,从而进一步减少燃料消耗和空气污染。但铝/钢异种金属薄板焊接时通常伴随着较大的残余应力和变形,影响了结构的制造精度和使用性能。为了控制铝/钢薄板焊接应力和变形,本文提出了随焊氩气激冷技术,利用试验与模拟相结合的方式,对随焊氩气激冷技术控制铝/钢薄板焊接变形和应力展开研究。自制随焊氩气激冷装置,搭建焊接试验平台,进行铝/钢薄板常规TIG焊接和随焊激冷焊接试验,从试验上验证了随焊激冷技术可以有效地降低铝/钢薄板焊后变形和残余应力。利用热电偶采集焊接过程中温度热循环曲线,采用应力应变仪测量铝/钢焊后试板残余应力,利用三坐标测量仪对焊后试板变形进行测量,为验证数值模拟的准确性做准备。利用ANSYS数值模拟软件,根据实际焊接接头建立几何模型,同时建立了热源和冷源模型,采用间接耦合方法对铝/钢薄板焊接温度场和应力场进行数值模拟,结合试验结果验证了模型的准确性。对比分析常规焊接和随焊激冷焊接温度场和应力场的分布情况,阐述随焊激冷技术控制焊接变形和应力的机理。利用所建立的有限元模型,研究了不同冷却参数对铝/钢焊...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
汽车车身结构
硕士学位论文3焊后变形面内变形面外变形焊缝纵向收缩焊缝横向收缩回转变形角变形弯曲变形扭曲变形失稳波浪变形图1.2焊接变形分类a)横向收缩变形b)纵向收缩变形c)扭曲变形d)角变形e)挠曲变形f)弯曲变形图1.3焊接残余变形类型示意图1.2.2焊接残余应力与变形的控制考虑到焊接残余应力和变形造成的严重危害，国内外学者在控制和消除焊接残余应力与变形方面进行了大量研究。根据控制阶段不同，控制方法可以分为焊前预防、焊接过程中控制和焊后矫正。（1）焊前预防措施焊前预防措施主要有优化焊接顺序、反变形法和刚性固定法。焊缝较多的大型构件可通过优化焊接顺序减少焊接变形，但需要考虑现场实际焊接时操作人员的操作方向和可实施性，而且控制焊接变形和残余应力效果有限。崔晓芳等[16]采用数值模拟软件分析了不同焊接顺序下焊件的变形情况，研究结果表明，不同焊接顺序对于焊件纵向收缩量、横向收缩量以及挠曲变形的影响较小，仅仅通过优化焊接顺序较难达到控制焊接变形的目的。反变形法是在焊接前通过机械式机构对焊件手动施加适当的反方向预变形，刘雨生等人[17]采用反变形法控制焊接变形，并自行设计了弹性反变形工装，如图1.4所示。但由于焊接变形机理的复杂性，进行准确的焊前预测还较为困难，通常需要经验丰富的工人进行操作，而且反变形法不能消除焊接残余应力[18]。刚性固定法是将焊件紧紧固定在夹具内，防
硕士学位论文3焊后变形面内变形面外变形焊缝纵向收缩焊缝横向收缩回转变形角变形弯曲变形扭曲变形失稳波浪变形图1.2焊接变形分类a)横向收缩变形b)纵向收缩变形c)扭曲变形d)角变形e)挠曲变形f)弯曲变形图1.3焊接残余变形类型示意图1.2.2焊接残余应力与变形的控制考虑到焊接残余应力和变形造成的严重危害，国内外学者在控制和消除焊接残余应力与变形方面进行了大量研究。根据控制阶段不同，控制方法可以分为焊前预防、焊接过程中控制和焊后矫正。（1）焊前预防措施焊前预防措施主要有优化焊接顺序、反变形法和刚性固定法。焊缝较多的大型构件可通过优化焊接顺序减少焊接变形，但需要考虑现场实际焊接时操作人员的操作方向和可实施性，而且控制焊接变形和残余应力效果有限。崔晓芳等[16]采用数值模拟软件分析了不同焊接顺序下焊件的变形情况，研究结果表明，不同焊接顺序对于焊件纵向收缩量、横向收缩量以及挠曲变形的影响较小，仅仅通过优化焊接顺序较难达到控制焊接变形的目的。反变形法是在焊接前通过机械式机构对焊件手动施加适当的反方向预变形，刘雨生等人[17]采用反变形法控制焊接变形，并自行设计了弹性反变形工装，如图1.4所示。但由于焊接变形机理的复杂性，进行准确的焊前预测还较为困难，通常需要经验丰富的工人进行操作，而且反变形法不能消除焊接残余应力[18]。刚性固定法是将焊件紧紧固定在夹具内，防
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝/钢固态焊接合界面金属间化合物生长机制[J]. 申中宝,邱然锋,石红信,马恒波. 焊接学报. 2019(06)
[2]1561铝合金薄板随焊干冰激冷变形控制[J]. 闫德俊,王赛,郑文健,余洋,谢浩,钟美达,邹晓峰,杨建国. 机械工程学报. 2019(06)
[3]冲击射流换热研究进展[J]. 杨婧,王小军,杨祺. 真空与低温. 2018(04)
[4]铝钢混联薄板件CMT焊接变形预测及控制[J]. 王梓名,邢彦锋,许莎,金光灿,倪萍. 上海工程技术大学学报. 2018(02)
[5]随焊干冰激冷冷源尺寸对焊接残余应力影响的有限元分析[J]. 杨建国,谢浩,闫德俊,贺艳明,钟美达,罗玖强,陈忠前. 焊接学报. 2017(02)
[6]铝合金/钢异种材料熔钎焊接工艺及其研究现状[J]. 秦国梁,武传松. 机械工程学报. 2016(24)
[7]铝钢金属间化合物生长及其抑制机理的研究现状[J]. 陈鑫,李龙,周德敬. 材料导报. 2016(13)
[8]拘束条件对薄板T形接头双光束激光焊接变形的影响[J]. 王学东,何恩光,陈俐. 焊接学报. 2016(03)
[9]基于弹性反变形法的连接杆焊接变形控制[J]. 刘雨生,李萍,田健,薛克敏,宋健. 焊接学报. 2015(12)
[10]电弧辅助铝/镀锌钢涂粉激光熔钎焊界面特性与性能[J]. 李春玲,樊丁,王斌,黄健康. 机械工程学报. 2015(18)
博士论文
[1]大型壳体结构焊接变形及残余应力调控方法研究[D]. 王军强.北京交通大学 2016
[2]核主泵屏蔽套用薄板激光焊接变形预测及调控[D]. 郭玉泉.大连理工大学 2014
[3]薄板结构焊接变形的预测与控制[D]. 侯志刚.华中科技大学 2005
[4]钛合金低应力无变形焊接过程机理研究[D]. 李菊.北京工业大学 2004
硕士论文
[1]随焊干冰激冷控制焊接应力与变形研究[D]. 谢浩.浙江工业大学 2017
[2]钛合金薄板激光焊接变形控制研究[D]. 刘西霞.湖南大学 2014
[3]焊接结构的残余应力研究[D]. 佘昌莲.武汉理工大学 2006
本文编号：3413440
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
汽车车身结构
硕士学位论文3焊后变形面内变形面外变形焊缝纵向收缩焊缝横向收缩回转变形角变形弯曲变形扭曲变形失稳波浪变形图1.2焊接变形分类a)横向收缩变形b)纵向收缩变形c)扭曲变形d)角变形e)挠曲变形f)弯曲变形图1.3焊接残余变形类型示意图1.2.2焊接残余应力与变形的控制考虑到焊接残余应力和变形造成的严重危害，国内外学者在控制和消除焊接残余应力与变形方面进行了大量研究。根据控制阶段不同，控制方法可以分为焊前预防、焊接过程中控制和焊后矫正。（1）焊前预防措施焊前预防措施主要有优化焊接顺序、反变形法和刚性固定法。焊缝较多的大型构件可通过优化焊接顺序减少焊接变形，但需要考虑现场实际焊接时操作人员的操作方向和可实施性，而且控制焊接变形和残余应力效果有限。崔晓芳等[16]采用数值模拟软件分析了不同焊接顺序下焊件的变形情况，研究结果表明，不同焊接顺序对于焊件纵向收缩量、横向收缩量以及挠曲变形的影响较小，仅仅通过优化焊接顺序较难达到控制焊接变形的目的。反变形法是在焊接前通过机械式机构对焊件手动施加适当的反方向预变形，刘雨生等人[17]采用反变形法控制焊接变形，并自行设计了弹性反变形工装，如图1.4所示。但由于焊接变形机理的复杂性，进行准确的焊前预测还较为困难，通常需要经验丰富的工人进行操作，而且反变形法不能消除焊接残余应力[18]。刚性固定法是将焊件紧紧固定在夹具内，防
硕士学位论文3焊后变形面内变形面外变形焊缝纵向收缩焊缝横向收缩回转变形角变形弯曲变形扭曲变形失稳波浪变形图1.2焊接变形分类a)横向收缩变形b)纵向收缩变形c)扭曲变形d)角变形e)挠曲变形f)弯曲变形图1.3焊接残余变形类型示意图1.2.2焊接残余应力与变形的控制考虑到焊接残余应力和变形造成的严重危害，国内外学者在控制和消除焊接残余应力与变形方面进行了大量研究。根据控制阶段不同，控制方法可以分为焊前预防、焊接过程中控制和焊后矫正。（1）焊前预防措施焊前预防措施主要有优化焊接顺序、反变形法和刚性固定法。焊缝较多的大型构件可通过优化焊接顺序减少焊接变形，但需要考虑现场实际焊接时操作人员的操作方向和可实施性，而且控制焊接变形和残余应力效果有限。崔晓芳等[16]采用数值模拟软件分析了不同焊接顺序下焊件的变形情况，研究结果表明，不同焊接顺序对于焊件纵向收缩量、横向收缩量以及挠曲变形的影响较小，仅仅通过优化焊接顺序较难达到控制焊接变形的目的。反变形法是在焊接前通过机械式机构对焊件手动施加适当的反方向预变形，刘雨生等人[17]采用反变形法控制焊接变形，并自行设计了弹性反变形工装，如图1.4所示。但由于焊接变形机理的复杂性，进行准确的焊前预测还较为困难，通常需要经验丰富的工人进行操作，而且反变形法不能消除焊接残余应力[18]。刚性固定法是将焊件紧紧固定在夹具内，防
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝/钢固态焊接合界面金属间化合物生长机制[J]. 申中宝,邱然锋,石红信,马恒波. 焊接学报. 2019(06)
[2]1561铝合金薄板随焊干冰激冷变形控制[J]. 闫德俊,王赛,郑文健,余洋,谢浩,钟美达,邹晓峰,杨建国. 机械工程学报. 2019(06)
[3]冲击射流换热研究进展[J]. 杨婧,王小军,杨祺. 真空与低温. 2018(04)
[4]铝钢混联薄板件CMT焊接变形预测及控制[J]. 王梓名,邢彦锋,许莎,金光灿,倪萍. 上海工程技术大学学报. 2018(02)
[5]随焊干冰激冷冷源尺寸对焊接残余应力影响的有限元分析[J]. 杨建国,谢浩,闫德俊,贺艳明,钟美达,罗玖强,陈忠前. 焊接学报. 2017(02)
[6]铝合金/钢异种材料熔钎焊接工艺及其研究现状[J]. 秦国梁,武传松. 机械工程学报. 2016(24)
[7]铝钢金属间化合物生长及其抑制机理的研究现状[J]. 陈鑫,李龙,周德敬. 材料导报. 2016(13)
[8]拘束条件对薄板T形接头双光束激光焊接变形的影响[J]. 王学东,何恩光,陈俐. 焊接学报. 2016(03)
[9]基于弹性反变形法的连接杆焊接变形控制[J]. 刘雨生,李萍,田健,薛克敏,宋健. 焊接学报. 2015(12)
[10]电弧辅助铝/镀锌钢涂粉激光熔钎焊界面特性与性能[J]. 李春玲,樊丁,王斌,黄健康. 机械工程学报. 2015(18)
博士论文
[1]大型壳体结构焊接变形及残余应力调控方法研究[D]. 王军强.北京交通大学 2016
[2]核主泵屏蔽套用薄板激光焊接变形预测及调控[D]. 郭玉泉.大连理工大学 2014
[3]薄板结构焊接变形的预测与控制[D]. 侯志刚.华中科技大学 2005
[4]钛合金低应力无变形焊接过程机理研究[D]. 李菊.北京工业大学 2004
硕士论文
[1]随焊干冰激冷控制焊接应力与变形研究[D]. 谢浩.浙江工业大学 2017
[2]钛合金薄板激光焊接变形控制研究[D]. 刘西霞.湖南大学 2014
[3]焊接结构的残余应力研究[D]. 佘昌莲.武汉理工大学 2006
本文编号：3413440
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3413440.html
教材专著
