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6061铝合金搅拌摩擦焊接头性能研究

热加工工艺 2014年第17期43卷 179-181,184页

作者：王永景陈文静许莉刘岳西华大学材料科学与工程学院四川成都610039 西南交通大学材料科学与工程学院四川成都610031

采用搅拌摩擦焊对6 mm厚6061-t6铝合金板在不同工艺参数下进行焊接。观察了接头的显微组织,研究了接头室温拉伸性能及晶间腐蚀性能,测试了接头腐蚀前后的显微硬度。结果表明:在搅拌头转速900r/min、焊接速度100 mm/min、焊后缓冷工艺下... 详细信息

采用搅拌摩擦焊对6 mm厚6061-t6铝合金板在不同工艺参数下进行焊接。观察了接头的显微组织,研究了接头室温拉伸性能及晶间腐蚀性能,测试了接头腐蚀前后的显微硬度。结果表明:在搅拌头转速900r/min、焊接速度100 mm/min、焊后缓冷工艺下,可得到性能较好的接头,其抗拉强度可达到母材的74%。接头显微硬度呈现"W"型分布,存在明显的软化区,母材的硬度最高,热影响区的硬度最低。晶间腐蚀最严重的部位发生在焊核区,经腐蚀后接头硬度显著下降。

关键词： 6061-t6铝合金搅拌摩擦焊力学性能晶间腐蚀性能显微硬度

激光温喷丸诱导的铝合金焊接接头表面残余应力稳定性研究

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热加工工艺 2018年第21期47卷 39-42,48页

作者：苏纯孟宪凯曹霞常州工学院机械与车辆工程学院江苏常州213032 江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

研究激光温喷丸强化铝合金焊接接头的表面残余应力释放规律及其对疲劳寿命的影响。以6061-t6铝合金焊接接头为研究对象,分别采用激光温喷丸和常温激光喷丸强化处理,围绕抗拉疲劳寿命与残余应力释放规律开展研究。使用XRD衍射方法检测疲... 详细信息

研究激光温喷丸强化铝合金焊接接头的表面残余应力释放规律及其对疲劳寿命的影响。以6061-t6铝合金焊接接头为研究对象,分别采用激光温喷丸和常温激光喷丸强化处理,围绕抗拉疲劳寿命与残余应力释放规律开展研究。使用XRD衍射方法检测疲劳过程中焊缝及热影响区的残余压应力,研究激光温喷丸诱导残余压应力的释放规律,并基于J-C本构模型推导循环载荷作用下残余应力释放的分析模型。在应力比0.1,最大应力120MPa,频率10Hz,拉拉正弦波加载条件下,比较测试激光温喷丸、激光喷丸和未喷丸试样的抗拉疲劳寿命。结果表明,激光温喷丸诱导的铝合金焊接接头表面残余应力稳定性大幅提高,并最终显著提高了接头的疲劳寿命。

关键词：激光温喷丸 6061-t6铝合金焊接接头表面残余应力抗拉疲劳寿命

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正交法优化X射线衍射测量铝合金残余应力

热加工工艺 2013年第24期42卷 87-89页

作者：李彬施芬韩振春吕豫文江苏大学机械工程学院江苏镇江212013 紫琅职业技术学院机电工程系江苏南通226002 江苏锐成机械有限公司江苏无锡214206

为提高X射线衍射法测量材料残余应力的精度,减小残余应力误差,采用不同X射线衍射参数对6061-t6铝合金进行残余应力测量,并用正交实验法对测量结果进行分析。结果表明6061-t6铝合金表面质量对残余应力的测量影响较大,误差达到±40～±60 ... 详细信息

为提高X射线衍射法测量材料残余应力的精度,减小残余应力误差,采用不同X射线衍射参数对6061-t6铝合金进行残余应力测量,并用正交实验法对测量结果进行分析。结果表明6061-t6铝合金表面质量对残余应力的测量影响较大,误差达到±40～±60 MPa;管电压、管电流是影响残余应力测量精度的主要因素;采用管电压22kV,管电流6mA,计数时间1s,准直管直径2mm,可快速获得更好的效果。

关键词： X射线衍射法残余应力 6061-t6铝合金正交实验法

回填搅拌摩擦点焊和传统搅拌摩擦点焊AA6061-t6接头的微观结构和力学性能的比较(英文)

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transactions of Nonferrous Metals Society of China 2013年第10期23卷 2833-2842页

作者： S.VENUKUMAR S.YALAGI S.MUtHUKUMARAN Department of Metallurgical and Materials Engineering National Institute of Technology

在搅拌摩擦点焊过程中,通过添加填充板来改善摩擦成形过程,这种新工艺被称为回填搅拌摩擦点焊。分别采用回填搅拌摩擦点焊和传统的搅拌摩擦点焊工艺焊接AA6061-t6搭接焊样品,研究搅拌头的旋转速度对接头的力学性能和金相组织的影响。在... 详细信息

在搅拌摩擦点焊过程中,通过添加填充板来改善摩擦成形过程,这种新工艺被称为回填搅拌摩擦点焊。分别采用回填搅拌摩擦点焊和传统的搅拌摩擦点焊工艺焊接AA6061-t6搭接焊样品,研究搅拌头的旋转速度对接头的力学性能和金相组织的影响。在不同的旋转速度下,回填搅拌摩擦点焊接头的静态剪切强度都比传统搅拌摩擦点焊接头的好。这归因于在回填搅拌摩擦点焊时,添加了填充板从而有更多的材料来填充孔洞,消除了形成的孔洞缺陷,从而使点焊焊核区的有效截面积增加。借助扫描电镜观察讨论了材料的失效机制,分析了断裂表面形貌。2种焊接接头的硬度曲线都呈W形,最小的硬度出现在热影响区。

关键词： AA 6061-t6铝合金搅拌摩擦点焊回填搅拌摩擦点焊静态剪切强度

冷弯钢材及铝合金材料循环本构模型研究及应用

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冷弯钢材及铝合金材料循环本构模型研究及应用

作者：杨舒涵天津大学

学位级别：硕士

近数十年,空间结构领域蓬勃发展,逐步向跨度大、造型优美、功能全面的方向发展。大跨度空间结构的自重轻、柔性大,自振频率较低且相近,属于动力荷载敏感结构,当其遭受地震、强风等往复荷载作用时,结构易产生较大变形,从而造成其围护结... 详细信息

近数十年,空间结构领域蓬勃发展,逐步向跨度大、造型优美、功能全面的方向发展。大跨度空间结构的自重轻、柔性大,自振频率较低且相近,属于动力荷载敏感结构,当其遭受地震、强风等往复荷载作用时,结构易产生较大变形,从而造成其围护结构甚至是整体结构破坏,因此结构动力性能分析是十分必要的,精准高效的本构模型对构件、结构的准确分析具有重要意义。本文研究工作如下:首先,对冷弯后Q235B钢试件进行单调拉伸材料性能试验及循环加载材料性能试验。试件取自冷弯大断面方钢管,取材位置分别为焊缝区域(H1)、紧邻焊缝区域(H2)、平板区域(Z)和转角区域(J)。对6061-t6铝合金试件进行单调拉伸材料性能试验及循环加载材料性能试验。试件取自泰姆科节点翼缘板。由试验结果对冷弯钢材及6061-t6铝合金材料在循环荷载下的力学性能进行分析。然后,基于混合硬化本构模型,对冷弯后Q235钢材及6061-t6铝合金材料进行混合硬化参数拟合,给出建议值。在此基础上,由材料在循环荷载下的力学特性,利用ABAQUS的用户材料子程序UMAt进行冷弯后Q235钢不同部位区域材料及6061-t6铝合金材料的本构模型二次开发,将开发的本构模型总体上分为初次加载的单调加载段、卸载段、再加载段以及循环加载的骨架曲线加载段四部分,给出材料在各阶段函数的建议值。为验证上述两种本构模型的准确性,使用有限元软件ABAQUS进行相同加载制度下的模拟,结果表明模拟曲线与试验曲线吻合良好;最后,将提出的混合硬化本构模型参数应用于材料为6061-t6铝合金的泰姆科节点的滞回试验模拟中,分别与试验值、普通材性下的模拟值作以对比,将提出的混合硬化本构模型参数应用于材料为冷弯后Q235钢的方钢管柱的滞回模拟中,与普通材性下的模拟值作以对比,结果表明混合硬化本构模型可达到与各向同性硬化本构模型相同的极限强度,但可以偏于安全地估计材料的耗能能力;将经二次开发的循环本构模型应用于单层网壳的风振分析中,与普通材性下所得模拟值作以对比,结果表明结构的杆件应力分布及节点位移变化趋势相近但略有不同,差异产生的原因主要是采用了UMAt的精细化本构模型对材料的再加载过程进行了优化,更加准确地反映了材料的耗能能力,因此,精细化本构模型在结构的动力性能分析中具有应用价值。

关键词：冷弯后Q235钢 6061-t6铝合金循环本构模型滞回性能风振分析

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铝合金车身覆盖件全工序成形模拟与精度控制

铝合金车身覆盖件全工序成形模拟与精度控制

作者：耿平武汉理工大学

学位级别：硕士

轻量化材料的应用是汽车产业实现节能减排的重要途径,铝合金凭借优异的性能成为主要的轻量化材料之一。然而,由于铝合金板材室温延伸率低、弹性模量小,其车身覆盖件成形困难、易破裂,且回弹大、精度低,这限制了铝合金板材在汽车产业的... 详细信息

轻量化材料的应用是汽车产业实现节能减排的重要途径,铝合金凭借优异的性能成为主要的轻量化材料之一。然而,由于铝合金板材室温延伸率低、弹性模量小,其车身覆盖件成形困难、易破裂,且回弹大、精度低,这限制了铝合金板材在汽车产业的广泛应用。本文以铝合金胀形和弯曲回弹规律研究为切入点,研究了铝合金卡车驾驶室顶棚的全工序成形模拟和精度控制,主要内容如下:（1）基于单向拉伸试验、各向异性试验和成形极限试验,研究了6061-t6铝合金的材料力学性能,通过比较不同屈服模型及成形极限模型确定了铝合金采用Barlat89屈服准则和拟合成形极限曲线,为后续有限元仿真奠定了基础。（2）通过有限元仿真与试验相结合的方法,研究了6061-t6铝合金胀形回弹与弯曲回弹规律。从回弹前后应力应变状态和弹性应变能角度揭示了板料宽度和凸模下行位移对胀形回弹、弯曲回弹的影响规律。比较发现,两者虽变形方式不同,但回弹的发生均由于弹性应变能的释放,且回弹量与之呈正相关。（3）以卡车驾驶室顶棚为例,采用数值模拟方法对不同规格的钢质顶棚和铝合金顶棚进行刚度分析,对标钢质顶棚,为保证顶棚有更高的安全裕度,确定了铝合金顶棚的厚度为1.5mm。结合铝合金特性和顶棚结构特征,确定了顶棚成形工艺流程为落料→拉延→切边→翻边冲孔,完成了铝合金顶棚全工序建模和工艺参数设置,根据铝合金顶棚拉延成形结果优化了顶棚局部型面和坯料形状。（4）为提升模拟精度,考虑了工序之间的脱模应力释放对成形和精度的影响,在每个工序后增加回弹模拟,将各工序回弹后零件形状作为下一道工序的输入。基于正交试验确定了拉延工序最佳工艺参数,完成了铝合金顶棚全工序成形及回弹模拟。采用多项式拟合方法对各工序回弹量随顶棚坐标变化规律进行了拟合,从而建立了精度传递模型,表征了铝合金顶棚回弹量在时域的传递关系。阐述了基于全工序成形的回弹修正方法,以回弹量为优化目标对翻边冲孔工序进行了正交试验,确定了该工序最佳工艺参数,并基于此对顶棚进行回弹补偿。综上,本文采用全工序成形模拟方法,建立了铝合金顶棚精度传递模型,实现了顶棚成形无破裂,减薄率小于17%,回弹量小于1mm,与钢质顶棚比可减重35.51%,对铝合金在大型汽车覆盖件中的应用有一定的科学意义和参考价值。

关键词：顶棚 6061-t6铝合金全工序成形回弹精度传递模型

铝合金搅拌摩擦焊接过程的热/流模拟与实验研究

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铝合金搅拌摩擦焊接过程的热/流模拟与实验研究

作者：章敬庆南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文采用数值模拟与实验相结合的方法对6061-t6铝合金搅拌摩擦焊接过程进行了相关研究。研究内容包括搅拌摩擦焊接过程中的产热机制及温度分布特征材料流动机制、铝铜异种金属连接问题、技术改进以及对改进后的搅拌摩擦焊接过程进行数... 详细信息

本文采用数值模拟与实验相结合的方法对6061-t6铝合金搅拌摩擦焊接过程进行了相关研究。研究内容包括搅拌摩擦焊接过程中的产热机制及温度分布特征材料流动机制、铝铜异种金属连接问题、技术改进以及对改进后的搅拌摩擦焊接过程进行数值建模等。首先对6061-t6铝合金的搅拌摩擦焊接过程建立了一个三维模型,将焊缝区与未焊工件进行分区,并提出了一个基于“滑移率”的焊接产热计算方法;采用热电偶测温法以及嵌入示踪材料法分别对实际焊接过程中的工件温度和材料流动进行检测和观察。结果表明在搅拌摩擦焊接过程中,轴肩的产热贡献最大;温度在焊缝中心线两侧呈现非对称分布,且等温线向前进侧“偏斜”;在该过程中有着明显流动行为的材料集中在一个“碗状”的区域,轴肩面附近的材料流动行为最为剧烈,并且流动速度沿轴肩边缘至轴肩中心方向呈降低趋势,而无螺纹搅拌针周围的材料流动程度要明显低于轴肩附近的速度,流动最弱的位置位于焊缝底部;搅拌头前方的塑性软化材料随着搅拌头的旋转,绕过搅拌头从后退侧运动到后方,并在相应位置沉积下来;通过讨论材料流动行为对缺陷易发区进行了分析预测。然后对铝铜异种金属搅拌摩擦搭接进行了实验研究,通过分析铝铜异种金属焊接过程中存在的问题,提出了水下搅拌摩擦焊接铝铜的方法,将同参数下的水下焊缝和无水焊缝进行比较分析,结果表明:相对于无水过程,水下搅拌摩擦焊接可以有效地降低焊接峰值温度并加快散热速度,进而降低了焊缝中脆性的铝铜金属间化合物的含量,减小铝铜界面处中间层的厚度,同时也使焊缝区铝铜材料的晶粒发生了一定程度的细化。最后通过考虑水的物理变化行为对焊接温度的影响,对水下搅拌摩擦焊接过程进行了数值建模,并结合热电偶测温技术对6061-t6铝合金的水下搅拌摩擦焊接过程进行了研究。结果表明:驻留阶段经过大约2.5s时间温度达到峰值并基本稳定;相比于同参数下的无水过程,水的存在可以明显地降低焊接峰值温度,并且使焊缝两侧的工件温度分布均匀化,从而导致水下焊缝的晶粒尺寸发生了一定程度的细化,提高了焊缝力学性能。

关键词：搅拌摩擦焊接数值模拟 6061-t6铝合金温度场材料流动异种材料焊接水下

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铝合金S型轨迹搅拌摩擦连接区域完整性分析

铝合金S型轨迹搅拌摩擦连接区域完整性分析

作者：姜迪安徽理工大学

学位级别：硕士

6061-t6铝合金凭借高比强度、低密度的特性在地铁、高速动车组等车体制造上受到广泛应用。在铝合金连接中搅拌摩擦连接作为一种绿色固相连接技术发挥着重要的作用,随着交通工具运行速度加快,对连接区各项性能提出更高要求,其中耐冲击性... 详细信息

6061-t6铝合金凭借高比强度、低密度的特性在地铁、高速动车组等车体制造上受到广泛应用。在铝合金连接中搅拌摩擦连接作为一种绿色固相连接技术发挥着重要的作用,随着交通工具运行速度加快,对连接区各项性能提出更高要求,其中耐冲击性是车体在高速冲击下保持完整的首要因素,是对司乘人员安全的最大保证。本文通过将搅拌摩擦连接的直线轨迹改为摆动的S型轨迹,有效地提升了连接区的冲击韧性和耐盐雾腐蚀性能,并对S型轨迹下连接区的各项力学性能和形成机理进行研究,探讨摆动半径对连接区性能的影响。1)采用带有同心凹环的搅拌头,轴肩尺寸为24mm,搅拌针为锥形带有螺纹长度为9.8mm。在连接参数主轴转速为500r/min～1000r/min,连接当量速度为70mm/min～130mm/min时,10mm厚度的轧制6061-t6铝合金在不同连接轨迹下均可获得无明显缺陷的连接。2)在当量连接速度为70mm/min的连接参数下,主轴转速为1000r/min时,直线轨迹连接区的冲击韧性最高为73.81J/mm2,S型轨迹连接区的冲击韧性为80.87J/mm2相比提升约10%;主轴转速为700r/min时,S型轨迹连接区冲击韧性最高为94.64J/mm2,即S型轨迹可有效提高连接区的冲击韧性。3)S型轨迹搅拌摩擦连接区内部金属流动形式可以使用“卯榫偏移挤压-摆动层叠”模型进行解释,并沿连接方向形成“千层饼”状结构,层与层呈卯榫状结合,单层塑化金属厚度约等于2倍的摆动半径,其结合强度以及结合界面处溶质原子团簇的体积大小、分布是影响连接区性能的主要因素。“千层饼”状结构的冲击断裂过程为冲击-缓冲吸能-冲击,延长冲击时间并在层与层之间发生微量滑移进而有效地提高连接区的冲击韧性。4)在保证综合力学性能较好的前提下,优选出S型轨迹连接参数是主轴转速为500r/min,连接当量速度为130mm/min。在此连接参数下将摆动半径分别设置为0.25mm、0.5mm、0.75mm、1mm进行连接试验,随摆动半径增加连接区抗拉强度几乎不变为203MPa,是母材的67%,冲击韧性呈现先增大后减小的趋势,摆动半径为0.5mm时达到最高为80.74J/mm2,是母材的2.87倍,其断裂形式为韧性-塑性的混合断裂,且连接区的耐盐雾腐蚀性能最优。图[42]表[6]参[81]

关键词：搅拌摩擦连接 6061-t6铝合金 S型轨迹冲击韧性腐蚀性能

高强铝合金6061搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性能研究

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高强铝合金6061搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性能研究

作者：许莉西华大学

学位级别：硕士

采用固相焊接-搅拌摩擦焊技术,对高强铝合金6061-t6进行焊接,观察接头的显微组织,研究接头的力学性能,并在腐蚀环境下,分别对母材及接头在焊态、焊后固溶时效处理以及焊后去应力退火处理状态下进行了晶间腐蚀及应力腐蚀试验,利用SEM、ED... 详细信息

采用固相焊接-搅拌摩擦焊技术,对高强铝合金6061-t6进行焊接,观察接头的显微组织,研究接头的力学性能,并在腐蚀环境下,分别对母材及接头在焊态、焊后固溶时效处理以及焊后去应力退火处理状态下进行了晶间腐蚀及应力腐蚀试验,利用SEM、EDS等技术研究母材及接头的耐腐蚀性能差异,主要研究内容如下:搅拌摩擦焊接头成型良好。在焊态条件下,焊核区晶粒细小,无方向性;热机影响区晶粒出现拉长及弯曲变形;热影响区晶粒较粗大。搅拌摩擦焊接头的显微硬度曲线呈“W”形分布,其中焊核区显微硬度值最大,最大值为82.4,高于母材处的显微硬度值,其抗拉强度为230MPa,达到母材抗拉强度的72.6%。显微硬度和拉伸试验表明,在焊接工艺参数为w=1080r/min,v=120mm/min时,接头的综合力学性能最好。对接头进行晶间腐蚀试验,母材腐蚀程度较浅,焊核区受到的腐蚀最严重,出现“树枝状”腐蚀裂纹,由试样边缘向内部沿晶界扩展,热机影响区及热影响区出现了点蚀现象,点蚀坑较明显。对经过晶间腐蚀前后的焊接接头进行显微硬度测试,与腐蚀前的显微硬度相比,晶间腐蚀后接头的显微硬度整体下降。对接头进行应力腐蚀试验,母材的应力腐蚀敏感系数ISSRt低于焊接接头的ISSRt。在焊接工艺参数为w=1080r/min,v=120mm/min时,得到的焊接接头的应力腐蚀敏感系数最小。与焊态条件下接头的显微组织及耐腐蚀性能相比,接头经过固溶时效处理后,在显微组织方面,晶粒取向得到优化,在α-Al晶界上,析出了较多的黑色第二相Mg2Si,组织分布均匀,同时接头的显微硬度整体上升,在耐腐蚀性方面,接头的抗晶间腐蚀能力增强;另外接头经过去应力退火处理后,在耐腐蚀性方面,接头的晶间腐蚀敏感性和应力腐蚀敏感性都降低。

关键词： 6061-t6铝合金搅拌摩擦焊组织晶间腐蚀应力腐蚀