铝合金模板MIG焊工艺优化及焊接数值模拟

发布时间：2017-08-17 04:26

  本文关键词：铝合金模板MIG焊工艺优化及焊接数值模拟

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【摘要】：随着我国城镇化快速发展,城镇住宅建设日趋繁重,铝合金模板作为一种新型的节能环保产品以其施工效率高、使用寿命长和总体成本少等优势得到广泛应用。铝合金模板尺寸较大且焊缝数量众多,容易产生焊接变形。本文针对某型号6061-T6铝合金模板,分析工艺参数对MIG焊接接头组织和力学性能的影响规律,通过有限元方法模拟该结构焊接过程,分析变形规律,优化焊接工艺,为解决铝合金模板实际应用奠定基础。首先,对4mm厚6061-T6铝合金平板对接接头进行MIG焊接工艺试验和力学性能测试,结果表明线能量的增大导致接头热影响区宽度由320Pm逐渐增大到740Pm,焊缝熔合区晶粒尺寸由44Pm增大到63Pm,线能量较低时导致焊接接头出现未焊透和气孔等缺陷,降低接头的力学性能;熔深较熔宽和余高对送丝速度的影响更敏感,送丝速度过慢与过快都容易使焊缝成型变差,焊接过程不稳定,当送丝速度为8.2m/min时焊缝平滑均匀,最大抗拉强度为239MPa。其次,建立了6061-T6铝合金MIG焊接数值模型,通过SYSWELD有限元软件对T型接头焊接热源特征、温度场和焊接变形进行了模拟。并对模拟结果进行验证,结果表明模拟值与实际测量值相吻合,从而验证了模型可靠性。再次,通过对局部模型焊接过程进行数值模拟。对比不同焊缝顺序下局部模型焊后变形,结果表明,从中部向两端对称焊接构件焊后变形最小。焊缝之间冷却时间对构件焊接变形的影响不明显,选择较短冷却时间不仅节省模拟计算时间,也可以大大提高生产效率。在此基础上,施加一定刚性约束可以进一步减小焊接变形,设计了专门焊接工装夹具。最后,对铝合金整体构件焊接变形进行模拟,具体分析工字梁焊接顺序,并提出最佳焊接方案。结果表明,从两侧向中心侧对称焊接,构件整体变形最小。在此焊接顺序下,施加工装夹具后可以显著减小面板下凹变形。模拟结果用于实际生产,可以缩短6061-T6铝合金模板MIG焊接生产周期,提高劳动成产效率。
【关键词】：6061-T6铝合金模板 MIG焊 数值模拟 焊接变形
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.14
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 课题背景及意义8-9
• 1.2 铝合金熔化焊力学性能研究现状9-12
• 1.3 焊接数值模拟研究现状12-17
• 1.3.1 温度场和应力场的焊接数值模拟12-14
• 1.3.2 焊接变形的数值模拟14-17
• 1.4 课题主要研究内容17-19
• 第2章 线能量与送丝速度对铝合金焊接接头组织和力学性能的影响19-31
• 2.1 试验条件与方法19-21
• 2.1.1 试验材料及试验设备19-20
• 2.1.2 焊接方案及参数20-21
• 2.2 试验方法21-22
• 2.2.1 试样的焊前清理21
• 2.2.2 接头金相分析21
• 2.2.3 接头拉伸试验21-22
• 2.2.4 接头硬度测试22
• 2.3 不同线能量对 6061-T6铝合金微观组织的影响22-25
• 2.3.1 焊接接头的微观组织形态22-23
• 2.3.2 线能量对微观组织的影响23-25
• 2.4 不同线能量对 6061-T6铝合金接头力学性能的影响25-27
• 2.4.1 显微硬度的变化规律25-26
• 2.4.2 接头拉伸强度的测试26-27
• 2.5 送丝速度对 6061-T6铝合金微观组织及力学性能影响27-30
• 2.5.1 送丝速度对焊接接头宏观形貌的影响27-29
• 2.5.2 送丝速度对接头力学性能的影响29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 6061铝合金T型接头有限元模拟及验证31-47
• 3.1 引言31
• 3.2 有限元模型的建立31-38
• 3.2.1 有限元模型的建立及网格划分31-33
• 3.2.2 材料性能参数33-35
• 3.2.3 初始条件和边界条件35-36
• 3.2.4 热源校核36-38
• 3.3 T型接头焊接温度场模拟及实验验证38-40
• 3.3.1 焊接瞬时温度场分析38-39
• 3.3.2 焊接温度场验证39-40
• 3.4 T型接头焊接残余应力模拟40-43
• 3.5 T型接头焊接变形模拟及实验验证43-46
• 3.5.1 焊接变形分析43-44
• 3.5.2 焊接变形验证44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 铝合金模板简化模型焊接变形数值模拟47-57
• 4.1 引言47
• 4.2 铝合金模板模型简化47-48
• 4.3 焊后构件的变形规律分析48-49
• 4.4 焊接顺序对构件焊接变形的影响49-52
• 4.4.1 焊接顺序的选择49-50
• 4.4.2 不同焊接顺下铝模板焊后变形比较分析50-52
• 4.5 焊缝间冷却时间对焊接变形的影响52-53
• 4.6 约束条件对构件焊接变形的影响53-56
• 4.6.1 刚性固定条件下构件焊后变形分析53-54
• 4.6.2 刚性固定条件下构件焊后残余应力分析54-56
• 4.7 本章小结56-57
• 第5章铝合金模板焊接顺序优化和变形控制57-69
• 5.1 整体结构件建模57-58
• 5.2 焊接工装夹具设计58-59
• 5.3 铝合金模板工字梁之间焊接顺序方案设计59-60
• 5.4 铝合金模板模拟结果分析60-68
• 5.4.1 焊接温度场分析60-62
• 5.4.2 铝合金模板工字梁焊接顺序对构件焊接变形的影响62-67
• 5.4.3 焊接工装夹具对构件变形、残余应力影响67-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第6章 结论69-70
• 参考文献70-74
• 论文发表情况74-75
• 致谢75-76

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本文编号：687140