铝钢钎焊与粘接光纤传感监测的试验及模拟

发布时间：2017-09-11 23:34

  本文关键词：铝钢钎焊与粘接光纤传感监测的试验及模拟

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【摘要】：铝钢异种金属结构件的接头质量优劣受加工过程中接头内部温度与应变的影响,对加工连接过程进行实时监测有助于有效改进加工工艺,以提高铝钢结构件的接头质量。本文进行了铝钢钎焊与粘接过程中光纤传感监测的试验及模拟研究,具体包括:采用先化学镀后电镀的方法对光纤Bragg光栅(FBG)进行了良好的金属化增敏和保护,标定了金属化后FBG的温度和应变灵敏度系数:化学镀Ni电镀Ni后FBG(#1FBG)、化学镀Cu电镀Cu后FBG(#2FBG)、化学镀Ni电镀Cu后FBG(#3FBG)温度和应变灵敏度系数分别为KT1=20.17pm/℃、KT2=28.68pm/℃、KT3=30.69pm/℃和Kε1=1.7pm/με、Kε2=1.8pm/με、Kε3=2.5pm/με。研究了AlSi12共晶钎料对6061铝合金和316L不锈钢的润湿性。在温度为600℃条件下,制得了紧密结合的6061/AlSi12/316L钎焊接头。采用硬钎焊方法很好的将化学镀Ni电镀Ni和化学镀Ni电镀Cu后的FBG埋入到铝钢钎焊接头内部。采用参考FBG法实现了铝钢粘接固化过程中接头内部温度和应变演化历程的传感监测,最大升温值为ΔT=33.96℃,最大收缩应变值为Δε=-21.73με。以实际钎焊条件为ANSYS有限元模拟计算基础,即设定钎焊过程中温度变化为从600℃冷却至25℃,模拟得出了金属化后FBG埋入金属材料(316L不锈钢)表面过程中FBG监测的波长漂移值为ΔλB=-6.94nm,模拟得出了埋入了FBG后的金属材料在受外载荷作用时能作出响应且传感应变灵敏度系数为Kε=1.3pm/με;模拟得出了金属化后FBG在埋入金属材料(6061铝合金)表面U槽过程中FBG监测的波长漂移值为ΔλB=-12.1nm。
【关键词】：铝钢钎焊 光纤光栅 化学镀电镀 温度应变监测 有限元
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212;TG454
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-21
• 1.1 光纤光栅传感器概述8
• 1.2 光纤Bragg光栅传感特性8-12
• 1.2.1 光纤Bragg光栅传感原理8-9
• 1.2.2 FBG温度传感特性9-10
• 1.2.3 FBG应变传感特性10-12
• 1.3 铝钢钎焊连接12-16
• 1.3.1 铝钢焊接中存在的难点12-14
• 1.3.2 铝钢钎焊意义及研究现状14-16
• 1.4 FBG在焊接领域中的应用16-18
• 1.5 FBG在聚合物凝固过程中温度、应变实时监测18-19
• 1.6 FBG温度应变监测结果分离方法19-20
• 1.7 本课题研究的主要内容20-21
• 第2章 实验材料与设备21-24
• 2.1 实验材料21
• 2.2 实验设备21-24
• 2.2.1 FBG信号监测设备21-22
• 2.2.2 加热设备22-23
• 2.2.3 其它试验设备23-24
• 第3章 FBG金属化保护工艺及传感特性24-45
• 3.1 FBG金属化预处理24-25
• 3.2 FBG化学镀技术25-29
• 3.2.1 FBG化学镀Ni技术26-28
• 3.2.2 FBG化学镀Cu技术28-29
• 3.3 FBG电镀技术29-33
• 3.3.1 FBG电镀Ni技术29-31
• 3.3.2 FBG电镀Cu技术31-33
• 3.4 FBG金属化保护封装结果33-37
• 3.4.1 FBG化学镀Ni电镀Ni结果33-34
• 3.4.2 FBG化学镀Cu电镀Cu及化学镀Cu电镀Ni结果34-36
• 3.4.3 FBG化学镀Ni电镀Cu结果36-37
• 3.5 金属化后FBG传感特性37-43
• 3.5.1 金属化后FBG温度传感特性37-40
• 3.5.2 金属化后FBG应变传感特性40-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第4章 基于Al-Si钎料的铝钢钎焊连接45-57
• 4.1 Al-Si钎料对 316L不锈钢及6061铝合金润湿性45-54
• 4.1.1 润湿铺展实验方法与步骤46-47
• 4.1.2 Al-Si钎料在 316L及6061表面铺展结果47-50
• 4.1.3 Al Si12在 316L及6061表面润湿铺展界面分析50-53
• 4.1.4 Al Si12对 316L及6061润湿性小结53-54
• 4.2 6061铝合金与 316L不锈钢钎焊54-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第5章 金属化FBG的钎焊埋入工艺及模拟57-71
• 5.1 金属化FBG钎焊埋入铝钢试验57-59
• 5.2 铝钢粘接过程中FBG温度和应变实时监测59-62
• 5.3 光纤钎焊埋入金属表面传感监测模拟62-69
• 5.3.1 ANSYS模拟分析概述62-64
• 5.3.2 光纤钎焊埋入金属表面过程及力学响应模拟64-67
• 5.3.3 光纤钎焊埋入到U槽定位的金属表面过程模拟67-69
• 5.4 本章小结69-71
• 第6章 结论与展望71-74
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-81
• 攻读学位期间的研究成果81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 万里冰,武湛君,张博明,王殿富;光纤布拉格光栅监测复合材料固化[J];复合材料学报;2004年03期

2 郑卜祥;宋永伦;张东生;姜德生;;光纤光栅传感器在焊接应力在线监测中的应用[J];焊接;2008年07期

3 刘树英;，

本文编号：833765