薄板铝合金搭接接头激光摆动焊凝固裂纹的预测
发布时间：2021-10-08 03:47
铝合金车身可有效减少车辆重量,降低能耗。自动化的激光焊接更是极大提高了汽车制造业的生产效率。铝合金薄板搭接激光摆动焊接新工艺在汽车制造业中得到越来越多的应用。但是,在生产过程中发现,焊缝很容易出现凝固裂纹,严重影响结构的安全可靠性。通过建立铝合金薄板搭接激光摆动焊接的热力耦合模型,对凝固裂纹出现与否时的温度场和应变场分布特点加以对比,建立凝固裂纹对应的工艺条件判据,对于实现铝合金薄板搭接激光摆动焊接工艺优化具有重要意义。本文利用有限元分析软件ANSYS,充分考虑功率调制下激光摆动焊接工艺的过程特点,采用指数型递增的高斯柱状热源,预设不同工艺参数下的焊缝形貌,根据功率调制及相关工艺参数设置热源载荷的加载位置和载荷步长。同时综合考虑了材料的高温热力学性能、应力松弛状态、相变潜热、凝固收缩等一系列问题,建立了 6016薄板铝合金搭接接头激光摆动焊接的热力分析数值模型。提取了不同工艺参数条件下的数值计算结果中的熔合线并与实际试验结果进行对比,验证了数值模型的准确性,揭示了功率调制下激光摆动焊接的温度场和应变场的分布规律。提取了激光摆动焊接的温度场与应变场计算结果,温度场结果显示,熔池前方形状随...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２单道焊接（ａ）与重复焊接（ｂ）部分晶粒的￡８５０图［２１］??４??
第１章前言??６．０｜?????■常规焊：１，２，３?ＦＣ＊?￣??４．０－随焊激冷：４，５，６?．?３?／??？?１，４?－?Ｘ?＝?１０?ｍｍ??２．?〇?－?２，?５?－?Ｘ?＝?７５?ｍｍ?Ｉ??？?＾?３．６－Ｘ?＝?１４〇ｍｍ??？＞?５??么?Ａ?Ｉ?＾?＾?＾?＞?＊?？?？?？??—ｏ．?０??〇?５?１０?１５?２０?２５?３０?３５?４０?４５??ｔ／ｓ??图１－１焊缝中心各处的塑性应变循环曲线??２０１１年，温鹏等人建立了奥氏体不锈钢ＳＵＳ３４７环形结构激光焊接的三维有??限元热力分析模型，对焊接温度场和应变场进行了计算，研宄表明重叠焊接降低??了焊缝金属的在凝固温度区间的冷却速率，使得产生热裂纹的驱动力较低，但是??图１－２?（ｂ）中重复焊接部分晶粒明显较图１－２?Ｃａ）中单道焊接的晶粒粗大，而??晶粒粗大才是导致凝固热裂纹产生的主要原因［２１］。??幽??图１－２单道焊接（ａ）与重复焊接（ｂ）部分晶粒的￡８５０图［２１］??４??
山东大学硕士学位论文??２０１３年，吴爱民在已有实验数据的基础上，建立了激光焊接铝合金热裂纹??预测数学模型，通过对建立的四种不同的数学模型：逐步回归模型、线性模型、??纯二次模型、交叉模型进行理论计算，并提取了四种数学模型的预测结果与实验??结果进行对比见图１－３，图中显示运用逐步回归模型预测得到的结果最为符合实??验结果??ｊ?￣￣Ｉ?■?￣￣ｊ?？?■■■?？??￣ｅ???ｒ??ｓ＊?［戛二次預ｑ??丨《?〒翥?ｓ?＂??ｓ？．?．??ｗ?一?一ｓｎ?，?￣??＞交叉＃线性預测丨??——ｉ——ｉ——＾——＾——＾￣——ｔ——？——ｓ——１??ｆｔｌｉｓｔ??图１－３四种数学模型预测结果比较图［２２］??２０１４年，刘江维等人建立了针对ＡＡ６０６３－Ｔ６铝合金激光点焊过程的二维数??值模型，以横向机械应变为判据，研宄了不同焊接工艺条件下凝固裂纹的敏感性。??实验和模拟结果均表明，凝固裂纹容易发生在焊缝顶面的中部附近，如图１－４所??示。此外，裂纹敏感性随着激光功率的增大而增加［２３，２４］。??图１－４板厚３?ｍｍ的ＡＡ６０６３－Ｔ６铝合金激光点焊中激光功率对裂纹敏感性的影响ａ俯视图；??ｂ侧视图的??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金光纤激光摆动焊抑制小孔型气孔的原因分析[J]. 李坤,王威,单际国,王旭友,陈武柱. 焊接学报. 2016(11)
[2]激光焊接铝合金热裂纹预测数学模型研究[J]. 吴爱民,张健,郭亮,张庆茂,夏琪. 应用激光. 2013(02)
[3]激光深熔焊体积热源模型计算精度的比较[J]. 胥国祥,鹿启权. 焊接. 2012 (04)
[4]轿车车身结构轻量化[J]. 张国胜,周超,崔海涛,陈野. 公路交通科技. 2012(01)
[5]环形结构激光焊接凝固热裂纹的实验研究和数值模拟[J]. 温鹏,荻崎贤二,山本元道. 金属学报. 2011(10)
[6]几种6000系汽车板铝合金的结晶相[J]. 刘宏,赵刚,刘春明,左良. 东北大学学报. 2005(11)
[7]等离子MIG焊接铝合金的规范优化及组织分析[J]. 田云,李德元,董晓强,王赫莹,赵春元. 沈阳工业大学学报. 2004(05)
[8]随焊激冷防止高强铝合金焊接热裂纹的数值模拟[J]. 郭绍庆,徐文立,李晓红,田锡唐. 材料科学与工艺. 1999(S1)
[9]激光深熔焊传热模型的研究[J]. 刘建华,李志远,胡伦骥,贺礼,张立文. 激光技术. 1995(01)
博士论文
[1]Al-Mg-Si合金激光焊接凝固裂纹形成机理研究[D]. 王小杰.上海交通大学 2015
[2]紫铜厚板GTAW热裂纹形成机理及抑制研究[D]. 李一楠.哈尔滨工业大学 2010
[3]激光+GMAW-P复合热源焊焊缝成形的数值模拟[D]. 胥国祥.山东大学 2009
硕士论文
[1]铝合金摆动激光焊熔池热场与流场研究[D]. 郝雨.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3423372
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２单道焊接（ａ）与重复焊接（ｂ）部分晶粒的￡８５０图［２１］??４??
第１章前言??６．０｜?????■常规焊：１，２，３?ＦＣ＊?￣??４．０－随焊激冷：４，５，６?．?３?／??？?１，４?－?Ｘ?＝?１０?ｍｍ??２．?〇?－?２，?５?－?Ｘ?＝?７５?ｍｍ?Ｉ??？?＾?３．６－Ｘ?＝?１４〇ｍｍ??？＞?５??么?Ａ?Ｉ?＾?＾?＾?＞?＊?？?？?？??—ｏ．?０??〇?５?１０?１５?２０?２５?３０?３５?４０?４５??ｔ／ｓ??图１－１焊缝中心各处的塑性应变循环曲线??２０１１年，温鹏等人建立了奥氏体不锈钢ＳＵＳ３４７环形结构激光焊接的三维有??限元热力分析模型，对焊接温度场和应变场进行了计算，研宄表明重叠焊接降低??了焊缝金属的在凝固温度区间的冷却速率，使得产生热裂纹的驱动力较低，但是??图１－２?（ｂ）中重复焊接部分晶粒明显较图１－２?Ｃａ）中单道焊接的晶粒粗大，而??晶粒粗大才是导致凝固热裂纹产生的主要原因［２１］。??幽??图１－２单道焊接（ａ）与重复焊接（ｂ）部分晶粒的￡８５０图［２１］??４??
山东大学硕士学位论文??２０１３年，吴爱民在已有实验数据的基础上，建立了激光焊接铝合金热裂纹??预测数学模型，通过对建立的四种不同的数学模型：逐步回归模型、线性模型、??纯二次模型、交叉模型进行理论计算，并提取了四种数学模型的预测结果与实验??结果进行对比见图１－３，图中显示运用逐步回归模型预测得到的结果最为符合实??验结果??ｊ?￣￣Ｉ?■?￣￣ｊ?？?■■■?？??￣ｅ???ｒ??ｓ＊?［戛二次預ｑ??丨《?〒翥?ｓ?＂??ｓ？．?．??ｗ?一?一ｓｎ?，?￣??＞交叉＃线性預测丨??——ｉ——ｉ——＾——＾——＾￣——ｔ——？——ｓ——１??ｆｔｌｉｓｔ??图１－３四种数学模型预测结果比较图［２２］??２０１４年，刘江维等人建立了针对ＡＡ６０６３－Ｔ６铝合金激光点焊过程的二维数??值模型，以横向机械应变为判据，研宄了不同焊接工艺条件下凝固裂纹的敏感性。??实验和模拟结果均表明，凝固裂纹容易发生在焊缝顶面的中部附近，如图１－４所??示。此外，裂纹敏感性随着激光功率的增大而增加［２３，２４］。??图１－４板厚３?ｍｍ的ＡＡ６０６３－Ｔ６铝合金激光点焊中激光功率对裂纹敏感性的影响ａ俯视图；??ｂ侧视图的??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金光纤激光摆动焊抑制小孔型气孔的原因分析[J]. 李坤,王威,单际国,王旭友,陈武柱. 焊接学报. 2016(11)
[2]激光焊接铝合金热裂纹预测数学模型研究[J]. 吴爱民,张健,郭亮,张庆茂,夏琪. 应用激光. 2013(02)
[3]激光深熔焊体积热源模型计算精度的比较[J]. 胥国祥,鹿启权. 焊接. 2012 (04)
[4]轿车车身结构轻量化[J]. 张国胜,周超,崔海涛,陈野. 公路交通科技. 2012(01)
[5]环形结构激光焊接凝固热裂纹的实验研究和数值模拟[J]. 温鹏,荻崎贤二,山本元道. 金属学报. 2011(10)
[6]几种6000系汽车板铝合金的结晶相[J]. 刘宏,赵刚,刘春明,左良. 东北大学学报. 2005(11)
[7]等离子MIG焊接铝合金的规范优化及组织分析[J]. 田云,李德元,董晓强,王赫莹,赵春元. 沈阳工业大学学报. 2004(05)
[8]随焊激冷防止高强铝合金焊接热裂纹的数值模拟[J]. 郭绍庆,徐文立,李晓红,田锡唐. 材料科学与工艺. 1999(S1)
[9]激光深熔焊传热模型的研究[J]. 刘建华,李志远,胡伦骥,贺礼,张立文. 激光技术. 1995(01)
博士论文
[1]Al-Mg-Si合金激光焊接凝固裂纹形成机理研究[D]. 王小杰.上海交通大学 2015
[2]紫铜厚板GTAW热裂纹形成机理及抑制研究[D]. 李一楠.哈尔滨工业大学 2010
[3]激光+GMAW-P复合热源焊焊缝成形的数值模拟[D]. 胥国祥.山东大学 2009
硕士论文
[1]铝合金摆动激光焊熔池热场与流场研究[D]. 郝雨.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：3423372
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