铜铝搅拌摩擦焊搭接接头组织性能及温度场研究

发布时间：2024-11-26 21:32

　　铜和铝在电气电力,汽车和制冷暖通等行业中都能找到各种应用,然而,铜的价格比铝贵得多,因此,通过全部或部分用铝替代铜部件,以降低成本,一直是相关行业研究与工程应用的热点之一。铝与铜的同时应用必然产生大量的铜铝接头,而通过研究铝/铜异种材料的高效焊接方法,以获得高质量的铜/铝连接接头是一项具有挑战性的任务。搅拌摩擦焊作为一种新型固相焊技术,能够实现良好的异种金属连接,搭接接头形式能连接板厚不同的组合。铝/铜异种金属搅拌摩擦搭接焊工艺尚处于实验研究阶段,对铝/铜异种金属搭接的温度场研究报道还不多。研究搅拌摩擦焊温度场对选择焊接工艺参数具有指导意义。本研究以厚度为2mm的1060纯铝板和T2工业纯铜板作为研究对象,进行搅拌摩擦搭接焊,研究焊接参数对焊缝表面成形、焊缝截面宏观形貌、力学性能的影响规律,探索铜/铝接头组织结构特征和物相成分,同时,通过热电偶对温度场进行测量,结合数值模拟方法,深入研究铜铝搅拌摩擦搭接焊的温度场分布规律和产热机理。通过合理设置搅拌头旋转速度和行进速度等焊接参数,获得了焊缝表面成型质量较好的铝/铜搭接接头。焊缝横截面观察发现,焊核区内组织晶粒细小而均匀;热影响区的组织晶粒...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 铜铝异种材料的焊接性
    1.3 搅拌摩擦焊简介
        1.3.1 搅拌摩擦焊基本原理
        1.3.2 搅拌摩擦焊应用特点
    1.4 铜铝搭接搅拌摩擦焊研究现状
    1.5 搅拌摩擦焊温度场研究现状
        1.5.1 温度场测量方法及热源模型
        1.5.2 温度场的数值模拟研究
    1.6 研究内容及意义
第2章 实验材料、设备及方法
    2.1 实验材料
    2.2 焊接设备及过程
        2.2.1 搅拌摩擦焊设备及搅拌头
        2.2.2 搅拌摩擦焊焊前准备及焊接过程
    2.3 铜铝FSW搭接接头组织及成分分析
    2.4 铜铝FSW搭接接头性能测试
        2.4.1 力学性能
        2.4.2 焊缝显微硬度测试
    2.5 铜铝搅拌摩擦搭接焊温度场研究
        2.5.1 铜铝搅拌摩擦搭接焊温度场测量
        2.5.2 数值模拟
第3章 铜铝搅拌摩擦焊搭接接头的表面成型与微观特征
    3.1 工艺参数对焊缝表面成型的影响
        3.1.1 焊接速度对焊缝表面成形的影响
        3.1.2 搅拌头旋转速度对焊缝表面成形的影响
        3.1.3 搅拌头轴肩大小对焊缝表面成形的影响
    3.2 铜铝接头宏观形貌分析
        3.2.1 接头宏观形貌分析
        3.2.2 工艺参数对焊缝宏观形貌的影响
    3.3 铜铝搭接接头微观组织分析
        3.3.1 铜铝金相组织分析
        3.3.2 铜铝界面成分分析
        3.3.3 铜铝搭接接头物相分析
    3.4 本章小结
第4章 铜铝搅拌摩擦焊搭接接头力学性能
    4.1 工艺参数对搭接接头显微硬度的影响
        4.1.1 搭接接头显微硬度的整体趋势
        4.1.2 搭接接头显微硬度的各层特性
    4.2 工艺参数对搭接接头拉剪性能的影响
        4.2.1 搅拌头旋转速度和焊接速度对铜铝接头拉剪性能的影响
        4.2.2 不同轴肩大小对焊接接头拉剪性能影响
        4.2.3 铝的不同固定位置对焊接接头拉剪性能影响
    4.3 断口的形貌分析
        4.3.1 断口宏观形貌分析
        4.3.2 断口微观形貌分析
        4.3.3 最佳焊接参数
    4.4 本章小结
第5章 铜铝搅拌摩擦焊温度场研究
    5.1 温度场的测量
        5.1.1 特征点的布置方案
        5.1.2 温度场测量结果与分析
    5.2 搅拌摩擦搭接温度场的数值模拟
        5.2.1 有限元数值模拟简介
        5.2.2 建立模型的基础理论
        5.2.3 搅拌工具的热输入模型
        5.2.4 数值模拟过程
    5.3 模拟结果
    5.4 搅拌摩擦搭接产热机理探索
    5.5 本章小结
结论
参考文献
附录
致谢



本文编号：4012615