6061-T6鋁合金雙軸肩攪拌摩擦焊數(shù)值模擬及工藝研究.pdf

1、中圖分類(lèi)號(hào)UDCTG453621碩士學(xué)位論文學(xué)校代碼密級(jí)6061T6鋁合金雙軸肩攪拌摩擦焊數(shù)值模擬及工藝研究10533AStudyofNumericalSimulationandProcessduringBobbinToolFrictionStirWeldingof6061一T6AluminumAlloy作者姓名：學(xué)科專(zhuān)業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：副指導(dǎo)教師：劉羅成機(jī)械工程攪拌摩擦焊機(jī)電工程學(xué)院賀地求教授袁肇范答辯委員會(huì)主席

2、中南大學(xué)2014年5月中南大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要6061一T6鋁合金雙軸肩攪拌摩擦焊數(shù)值模擬及工藝研究摘要：雙軸肩攪拌摩擦焊不僅擁有常規(guī)攪拌摩擦焊的特點(diǎn)，還具有焊接變形小、焊接過(guò)程力小、消除根部缺陷等優(yōu)勢(shì)，而且在焊接過(guò)程中，不需要焊件背面的剛性支撐，為能夠焊接中空擠壓型材和筒體構(gòu)件提供了一種有效途徑。對(duì)于一些焊件接頭構(gòu)件和特定結(jié)構(gòu)，雙軸肩攪拌摩擦焊的焊接過(guò)程僅是一個(gè)過(guò)程變量，這樣可以克服來(lái)自常規(guī)攪拌摩擦焊較高焊接力帶來(lái)的約束。由于攪拌頭在

3、焊接過(guò)程中承受很大的機(jī)械載荷，為了避免攪拌頭失效，拓寬工藝窗口，深入了解被焊材料的流動(dòng)行為是必不可少的。鑒于大型火箭貯箱筒體縱焊與環(huán)焊對(duì)雙軸肩技術(shù)有著迫切需求，其壁厚主要在48mm問(wèn)，故本文以6mm厚6061T6鋁合金為研究對(duì)象，進(jìn)行了數(shù)值模擬與工藝實(shí)驗(yàn)研究。本文通過(guò)移動(dòng)熱源替代移動(dòng)攪拌頭，建立了雙軸肩攪拌摩擦焊瞬態(tài)溫度場(chǎng)模型；通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)與彈塑性力學(xué)，建立了6061鋁合金熱流耦合穩(wěn)態(tài)模型。兩個(gè)模型的溫度場(chǎng)相互驗(yàn)證，并通過(guò)焊接溫度測(cè)

4、試和金相組織觀察也驗(yàn)證了模型的可靠性。對(duì)溫度場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)，在高焊速或低轉(zhuǎn)速時(shí)，下軸肩的額外供熱，能夠保證材料充分塑性流動(dòng)，增大了焊接工藝窗口。在軸肩區(qū)域溫度場(chǎng)呈現(xiàn)前進(jìn)側(cè)溫度高于返回側(cè)，攪拌頭前沿溫度梯度陡于后沿的不對(duì)稱(chēng)分布，且最高溫出現(xiàn)在攪拌頭前沿靠近前進(jìn)側(cè)，約為515。C。對(duì)流場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)，攪拌頭螺紋利于材料塑性流動(dòng)，而攪拌頭三方的形狀導(dǎo)致流動(dòng)效果減弱，且過(guò)大將不利于材料流動(dòng)，易形成溝壑缺陷，這與焊接工藝實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的現(xiàn)象相吻合。本文通過(guò)

5、對(duì)產(chǎn)熱模型與數(shù)值模擬分析，以及工藝實(shí)驗(yàn)探索獲得攪拌頭較合理的結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的匹配尺寸。著重分析了，壓深對(duì)焊縫形成的影響，發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)上下表面壓深均勻且適量的情況下，才能形成良好致密的焊縫。焊后實(shí)驗(yàn)表明，在掃描斷口面中，大量韌窩內(nèi)有第二相顆粒，判定為韌性斷裂；焊接接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)235MPa，達(dá)母材的76％，比常規(guī)攪拌摩擦焊強(qiáng)度略小；同時(shí)接頭發(fā)生了不同程度的軟化現(xiàn)象，硬度成典型的W型。在金相分析中發(fā)現(xiàn)前進(jìn)側(cè)晶粒形貌過(guò)渡至焊核區(qū)比較急劇，而返回側(cè)則