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热加工工艺 2024年第11期53卷 42-48页

作者：宋奎晶韦勇徐萌季雨凯刘鑫泉张铭雨杨蓓钟志宏合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009 航天工程装备(苏州)有限公司江苏苏州215200

采用耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)算法对2 mm厚的5A02铝合金/TC4钛合金板异质金属回填式搅拌摩擦点焊过程展开模拟研究,分析了旋转速度和停留时间对焊点成型过程中温度场、等效塑性应变场以及材料流动的影响。结果表明,在扎入初期,热累积... 详细信息

采用耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)算法对2 mm厚的5A02铝合金/TC4钛合金板异质金属回填式搅拌摩擦点焊过程展开模拟研究,分析了旋转速度和停留时间对焊点成型过程中温度场、等效塑性应变场以及材料流动的影响。结果表明,在扎入初期,热累积作用明显,升温速率相对较快,随焊接过程进行,产热会由摩擦产热转变为摩擦和塑性变形共同产热,升温速率放缓。当搅拌头转速为2000 r/min、扎入速度为1 mm/s、扎入深度为1.9 mm、回填速度为1mm/s、停留时间为0 s时,铝合金焊核区温度峰值达到558℃,等效塑性应变峰值达到120。在模拟的工艺区间内,焊核区峰值温度与旋转速度呈正相关,停留时间对温度的影响并不明显。

关键词：回填式搅拌摩擦点焊耦合的欧拉-拉格朗日异质合金温度场等效塑性应变

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2024铝合金/AZ31B镁合金异种金属搅拌摩擦焊温度场的数值模拟

2024铝合金/AZ31B镁合金异种金属搅拌摩擦焊温度场的数值模拟

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作者：侯增中国石油大学（北京）

学位级别：硕士

搅拌摩擦焊接技术(Friction Stir Welding,FSW)自发明以来,已快速发展成熟并成功应用到众多领域,而围绕这项技术开展的各项研究也取得了突破性的进展。本文在ABAQUS环境下,基于耦合的欧拉-拉格朗日技术(Coupled EulerianLagrangian,CEL... 详细信息

搅拌摩擦焊接技术(Friction Stir Welding,FSW)自发明以来,已快速发展成熟并成功应用到众多领域,而围绕这项技术开展的各项研究也取得了突破性的进展。本文在ABAQUS环境下,基于耦合的欧拉-拉格朗日技术(Coupled EulerianLagrangian,CEL)建立了用来预测异种2024铝合金/AZ31B镁合金搅拌摩擦焊温度场的有限元模型,并进行了温度场的测量,通过对比实验值验证了CEL模型的准确性。在此基础上,本文进一步研究了不同旋转速度和焊接速度对焊接温度场分布结果的影响。结论表明该模型不仅能够正确地预测出前进侧与后退侧间的温度差异,而且能够准确地得到工件表面各处的温度变化趋势图,是准确而可行的;温度场分布规律表明在焊接过程中,高温区域主要集中分布在轴肩下方位置,最高温度始终保持稳定且在熔点以下;距中心焊缝相同位置处,前进侧的温度峰值总是略大于后退侧;随着离焊缝中心距离的增大,峰值温度反而逐渐降低。此外,关于焊接参数对温度场分布结果的影响,研究表明焊接中最高温度随着转速的变大而升高,随着焊接速度的变大反而降低。进一步对比两个参数对最高温度数值的影响大小,可发现改变旋转速度对其有着更大的影响。

关键词：搅拌摩擦焊异种金属温度场耦合的欧拉-拉格朗日

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5083-O铝合金搅拌摩擦焊接数值仿真及焊接性能研究

5083-O铝合金搅拌摩擦焊接数值仿真及焊接性能研究

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作者：弋翔宇吉林大学

学位级别：硕士

搅拌摩擦焊技术经过30年的发展,如今在汽车、轨道交通、航空等多个领域发挥着越来越重要的作用,特别是对于铝-镁合金等传统融化焊接难以获得可靠焊接性能的金属,应用搅拌摩擦焊技术可以有效避免气孔、砂眼等缺陷,提高接头强度,使得对结... 详细信息

搅拌摩擦焊技术经过30年的发展,如今在汽车、轨道交通、航空等多个领域发挥着越来越重要的作用,特别是对于铝-镁合金等传统融化焊接难以获得可靠焊接性能的金属,应用搅拌摩擦焊技术可以有效避免气孔、砂眼等缺陷,提高接头强度,使得对结构强度有较高要求的场合采用铝合金替代钢铁实现轻量化成为了可能。搅拌摩擦焊接是一个热-力多场耦合的过程,涉及复杂的材料性能变化,研究手段的匮乏使得人们对这一过程的变化机理还未完全了解。因此,本文对5083-O铝合金的FSW过程进行了较为全面的研究。基于耦合的欧拉-拉格朗日方法,在国内首次运用质量缩放技术建立了高效的有限元仿真模型,大大提高了仿真效率。建立修正库仑摩擦接触关系,得到了不同焊接工艺下的温度场,与实验结果对比证实了该模型的准确性。研究发现:前进侧温度高于后退侧温度,这一差值与选取的焊接工艺有关;同一焊接工艺下焊缝表面峰值温度不是一成不变的,焊接工艺不同,其对应的温度变化趋势也不同;峰值温度随转速的增大而升高,但增长速度会下降,且最高温度低于熔化温度;峰值温度随焊接速度增大而降低,但降低速度也会下降。本文采用不同的FSW焊接工艺对8mm厚5083-O铝合金板材进行了焊接,同时测量焊接过程中前进侧和后退侧的温度变化;对不同焊接工艺焊接的接头分上下两层进行拉伸实验,发现焊缝上下两层的力学性能存在显著差异:焊缝下层的力学性能优异而稳定,拉伸强度均超过288MPa;焊缝上层力学性能与焊接工艺密切相关,当采用1500rpm转速、300mm/min焊速的焊接工艺时,焊缝上下两层拉伸强度均超过母材,最高达到310MPa;测试焊缝表面硬度发现垂直于焊缝方向上,硬度曲线呈“W”形,焊缝中心因细晶强化效果硬度高,热影响区硬度小,曲线具体形状与采用焊接工艺相关。用扫描电镜观察断口形貌发现:焊接转速过高或者焊接速度过快都会导致接头韧性变差。

关键词：搅拌摩擦焊力学性能有限元耦合的欧拉-拉格朗日质量缩放温度场

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