铝合金保险杠的焊接工艺及其性能优化
发布时间：2021-02-25 12:56
铝合金具有优异的物理化学特性、力学性能和良好的加工性能,是目前在生产生活中应用范围仅次于钢铁的材料,被广泛用于汽车白车身和各种汽车安全零部件中。目前在车身制造中广泛运用的铝合金可以使车辆减小20-30%的重量,约可以减少10%的燃油消耗。而汽车各部件间的连接离不开焊接,焊接的质量基本决定了汽车车身的整体刚度。因此如何进一步提高铝合金的焊接质量来实现铝合金的高效优质焊接是当下研究的难点和热点问题。本研究以铝合金保险杠为研究对象,利用新型的CMT TPS 500i焊机对6063和6082两种铝合金进行了不同CMT焊接工艺的焊接试验。研究了不同CMT焊接工艺对6063铝合金焊接接头组织及性能的影响;研究了外加交变磁场对6063铝合金焊接接头焊缝成形、组织、力学性能以及气孔的分布、长大逸出机理的影响,探索有效抑制氢气孔的方法。通过研究保险杠中最主要的焊接接头（T焊）的强度损失,并进行传统的保险杠碰撞模拟,研究并评价不考虑强度损失对保险杠碰撞的结果的影响。主要研究内容及结果如下:利用三种不同CMT焊接工艺（CMT、CMT MIX和CMT MIX+Synchropulse）对6063铝合金进行了拼...
【文章来源】：西南林业大学云南省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CMT焊接示意图[13]
西南林业大学硕士学位论文4图1-2CMT焊接过程示意图[16]Fig.1-2SchematicdiagramofCMTweldingprocess如图1-2(a)所示，焊接开始电弧加热，焊枪伺服电机驱动，焊丝向下运动与板材电弧引燃；图1-2(b)中熔滴短路，电弧熄灭，数字化的控制监测到一个短路信号,就会反馈给送丝机，送丝机迅速回抽焊丝给熔滴一个反作用力，从而使得熔滴与焊丝分离，熔滴进入熔池。在熔滴过渡时，焊丝回抽帮助熔滴过渡，此时电流降至几乎为零，从而避免飞溅的产生,如图1-2(c)所示。当熔滴脱落进入熔池，焊丝恢复到进给状态电弧再次引燃，循环往复到焊接结束，送丝-回抽的频率可达70HZ[15]，如图1-2(d)所示。CMT通过上述一个周期内的“热-冷”连续交替循环，能最大程度的降低焊缝区的热输入量，其特点主要如下[13,15]：(1)焊接过程无飞溅成形好：熔滴过渡时，焊接电流几乎为零，并且通过回抽焊丝使得熔滴能够平稳过渡，从而避免飞溅形成；(2)热输入低：短路熔滴过渡时对应的电流降至几乎为零，从而使得热输入大大降低；(3)引弧稳定且迅速可靠，其引弧速度是传统熔化极气体保护焊的2倍。1.3.2CMT+Pulse工艺CMT+Pulse是基于CMT技术增加脉冲电流的一种复合焊接方法[16,17]。C+P由于增加了脉冲，增大热输入量，可以得到宽而薄的焊缝，为多道焊成形提供了便利。传统CMT焊接工艺由于其很低的热量输入不适合焊接厚度大于3毫米的铝板，而仅通过增加CMT焊接过程的电流来提高热量输入时将会导致短路时能量传输的不稳定性。许多研究显示[18-20]，当焊接电流超过100A时，熔滴过渡将会变得不稳定从而产生焊接缺陷。为此CMT衍生出了CMT+脉冲的焊接工艺，从而在大大增加可控热输入范围的同时，还能保有CMT的稳定性、无飞溅和良好的冶金连接等特性。而用于航空航天，高?
西南林业大学硕士学位论文6为，发现CMT焊接波形控制呈现典型的直流脉冲特征，焊接时热输入较低；在CMT短路过渡过程中，熔滴尺寸随焊接电流的增加幅度不大，将熔滴尺寸控制在一定范围内可实现稳定的短路过渡。CMT短路过渡通过焊丝回抽，避免了大的电磁力，有效地消除了飞溅。当电流增大到一定值时,其过渡形式将转变为射滴过渡和短路过渡的混合过渡。PangJ[28]等人将CMT+P与CMT进行了对比研究，发现CMT+P传输模式是一种投影传输模式，每个脉冲一个液滴，以及冷金属传输期间的短路传输模式的组合。CMT+P焊接过程的电流、电压波形与传统的CMT焊接过程有很大的不同。在第一个CMT周期内，高初始电弧电流和电流脉冲阶跃以及脉冲时间相位的低电流的出现表明CMT+P传输过程稳定、平稳。与CMT+P工艺相比，CMT+P工艺的高脉冲电流产生更高的热输入。通过增加脉冲数，可以获得更大的熔透和焊道接触角。以上关于电弧和熔滴过渡的研究对有助于评价焊接过程的稳定性及对焊缝成形的影响。图1-3电弧形态及测量示意图[21]Fig.1-3Arcshapeandmeasurementschematicdiagram图1-4不同时刻电弧形态[23]Fig.1-4Arcshapeatdifferenttime
【参考文献】：
期刊论文
[1]送丝速度对6061铝合金/DP590镀锌钢CMT点塞焊接头性能的影响[J]. 殷传亚,邢彦锋,金光灿,许莎. 热加工工艺. 2018(11)
[2]铝合金用于新能源乘用车车身轻量化及经济性分析[J]. 刘頔,朱成. 科技与创新. 2018(03)
[3]新能源汽车发展现状研究[J]. 韩炯刚,曹丽娜. 汽车维修. 2018(02)
[4]6005A铝合金CMT焊接接头微观组织和疲劳裂纹萌生[J]. 刘浩博,杨尚磊,王远,谢超杰. 上海工程技术大学学报. 2017(04)
[5]基于ANSYS Workbench的破碎齿冠有限元分析及优化设计[J]. 张见宝. 现代机械. 2017(06)
[6]7075-T6高强铝合金CMT焊接头微观组织和力学性能研究[J]. 焦国力,秦优琼,洪子豪,徐泽林,李震,姜文祥. 热加工工艺. 2017(23)
[7]5086铝合金CMT焊接接头微观组织及力学性能研究[J]. 周士朝,朱浩,赵熠朋,王军. 热加工工艺. 2017(21)
[8]X100管线钢光纤激光焊接头的显微组织及性能[J]. 郭鹏飞,王晓南,朱国辉,赵艳君,张敏,陈长军. 中国激光. 2017(12)
[9]全国机动车保有量分析——《中国机动车环境管理年报（2017）》第Ⅰ部分[J]. 陈伟程,吉喆,肖寒,王宏丽. 环境保护. 2017(12)
[10]送丝速度对6061铝合金CMT焊接接头性能的影响[J]. 刘强,张亚雄,张南南. 热加工工艺. 2016(17)
博士论文
[1]铝合金双脉冲MIG焊接过程中焊缝组织和性能研究[D]. 易杰.湖南大学 2015
[2]铝合金中Mg2Si相演变行为及析出长大机制的研究[D]. 李冲.山东大学 2012
[3]移动磁场作用下钢液湍流的大涡模拟及气液两相流行为的研究[D]. 王芳.东北大学 2008
硕士论文
[1]铝合金横向焊接气孔敏感性与控制工艺研究[D]. 马彦军.哈尔滨工业大学 2018
[2]磁场辅助镁/铝异种金属CMT焊接工艺及组织性能研究[D]. 李邦鹏.哈尔滨工业大学 2018
[3]铝合金磁控MIG焊接电弧特性及焊缝组织性能的研究[D]. 白金.沈阳工业大学 2017
[4]6061铝合金激光焊接接头组织及力学性能研究[D]. 杨得帅.山东大学 2014
[5]Al-Mg-Si合金的多级时效硬化特性和析出行为[D]. 桑益.湖南大学 2012
[6]6063铝合金T型焊接接头的变形及损伤行为[D]. 徐文福.兰州理工大学 2009
[7]铝和镀锌钢CMT法MIG钎焊工艺研究[D]. 石常亮.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3051003
【文章来源】：西南林业大学云南省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CMT焊接示意图[13]
西南林业大学硕士学位论文4图1-2CMT焊接过程示意图[16]Fig.1-2SchematicdiagramofCMTweldingprocess如图1-2(a)所示，焊接开始电弧加热，焊枪伺服电机驱动，焊丝向下运动与板材电弧引燃；图1-2(b)中熔滴短路，电弧熄灭，数字化的控制监测到一个短路信号,就会反馈给送丝机，送丝机迅速回抽焊丝给熔滴一个反作用力，从而使得熔滴与焊丝分离，熔滴进入熔池。在熔滴过渡时，焊丝回抽帮助熔滴过渡，此时电流降至几乎为零，从而避免飞溅的产生,如图1-2(c)所示。当熔滴脱落进入熔池，焊丝恢复到进给状态电弧再次引燃，循环往复到焊接结束，送丝-回抽的频率可达70HZ[15]，如图1-2(d)所示。CMT通过上述一个周期内的“热-冷”连续交替循环，能最大程度的降低焊缝区的热输入量，其特点主要如下[13,15]：(1)焊接过程无飞溅成形好：熔滴过渡时，焊接电流几乎为零，并且通过回抽焊丝使得熔滴能够平稳过渡，从而避免飞溅形成；(2)热输入低：短路熔滴过渡时对应的电流降至几乎为零，从而使得热输入大大降低；(3)引弧稳定且迅速可靠，其引弧速度是传统熔化极气体保护焊的2倍。1.3.2CMT+Pulse工艺CMT+Pulse是基于CMT技术增加脉冲电流的一种复合焊接方法[16,17]。C+P由于增加了脉冲，增大热输入量，可以得到宽而薄的焊缝，为多道焊成形提供了便利。传统CMT焊接工艺由于其很低的热量输入不适合焊接厚度大于3毫米的铝板，而仅通过增加CMT焊接过程的电流来提高热量输入时将会导致短路时能量传输的不稳定性。许多研究显示[18-20]，当焊接电流超过100A时，熔滴过渡将会变得不稳定从而产生焊接缺陷。为此CMT衍生出了CMT+脉冲的焊接工艺，从而在大大增加可控热输入范围的同时，还能保有CMT的稳定性、无飞溅和良好的冶金连接等特性。而用于航空航天，高?
西南林业大学硕士学位论文6为，发现CMT焊接波形控制呈现典型的直流脉冲特征，焊接时热输入较低；在CMT短路过渡过程中，熔滴尺寸随焊接电流的增加幅度不大，将熔滴尺寸控制在一定范围内可实现稳定的短路过渡。CMT短路过渡通过焊丝回抽，避免了大的电磁力，有效地消除了飞溅。当电流增大到一定值时,其过渡形式将转变为射滴过渡和短路过渡的混合过渡。PangJ[28]等人将CMT+P与CMT进行了对比研究，发现CMT+P传输模式是一种投影传输模式，每个脉冲一个液滴，以及冷金属传输期间的短路传输模式的组合。CMT+P焊接过程的电流、电压波形与传统的CMT焊接过程有很大的不同。在第一个CMT周期内，高初始电弧电流和电流脉冲阶跃以及脉冲时间相位的低电流的出现表明CMT+P传输过程稳定、平稳。与CMT+P工艺相比，CMT+P工艺的高脉冲电流产生更高的热输入。通过增加脉冲数，可以获得更大的熔透和焊道接触角。以上关于电弧和熔滴过渡的研究对有助于评价焊接过程的稳定性及对焊缝成形的影响。图1-3电弧形态及测量示意图[21]Fig.1-3Arcshapeandmeasurementschematicdiagram图1-4不同时刻电弧形态[23]Fig.1-4Arcshapeatdifferenttime
【参考文献】：
期刊论文
[1]送丝速度对6061铝合金/DP590镀锌钢CMT点塞焊接头性能的影响[J]. 殷传亚,邢彦锋,金光灿,许莎. 热加工工艺. 2018(11)
[2]铝合金用于新能源乘用车车身轻量化及经济性分析[J]. 刘頔,朱成. 科技与创新. 2018(03)
[3]新能源汽车发展现状研究[J]. 韩炯刚,曹丽娜. 汽车维修. 2018(02)
[4]6005A铝合金CMT焊接接头微观组织和疲劳裂纹萌生[J]. 刘浩博,杨尚磊,王远,谢超杰. 上海工程技术大学学报. 2017(04)
[5]基于ANSYS Workbench的破碎齿冠有限元分析及优化设计[J]. 张见宝. 现代机械. 2017(06)
[6]7075-T6高强铝合金CMT焊接头微观组织和力学性能研究[J]. 焦国力,秦优琼,洪子豪,徐泽林,李震,姜文祥. 热加工工艺. 2017(23)
[7]5086铝合金CMT焊接接头微观组织及力学性能研究[J]. 周士朝,朱浩,赵熠朋,王军. 热加工工艺. 2017(21)
[8]X100管线钢光纤激光焊接头的显微组织及性能[J]. 郭鹏飞,王晓南,朱国辉,赵艳君,张敏,陈长军. 中国激光. 2017(12)
[9]全国机动车保有量分析——《中国机动车环境管理年报（2017）》第Ⅰ部分[J]. 陈伟程,吉喆,肖寒,王宏丽. 环境保护. 2017(12)
[10]送丝速度对6061铝合金CMT焊接接头性能的影响[J]. 刘强,张亚雄,张南南. 热加工工艺. 2016(17)
博士论文
[1]铝合金双脉冲MIG焊接过程中焊缝组织和性能研究[D]. 易杰.湖南大学 2015
[2]铝合金中Mg2Si相演变行为及析出长大机制的研究[D]. 李冲.山东大学 2012
[3]移动磁场作用下钢液湍流的大涡模拟及气液两相流行为的研究[D]. 王芳.东北大学 2008
硕士论文
[1]铝合金横向焊接气孔敏感性与控制工艺研究[D]. 马彦军.哈尔滨工业大学 2018
[2]磁场辅助镁/铝异种金属CMT焊接工艺及组织性能研究[D]. 李邦鹏.哈尔滨工业大学 2018
[3]铝合金磁控MIG焊接电弧特性及焊缝组织性能的研究[D]. 白金.沈阳工业大学 2017
[4]6061铝合金激光焊接接头组织及力学性能研究[D]. 杨得帅.山东大学 2014
[5]Al-Mg-Si合金的多级时效硬化特性和析出行为[D]. 桑益.湖南大学 2012
[6]6063铝合金T型焊接接头的变形及损伤行为[D]. 徐文福.兰州理工大学 2009
[7]铝和镀锌钢CMT法MIG钎焊工艺研究[D]. 石常亮.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3051003
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