超聲波激振隨焊控制鋁合金焊接應(yīng)力變形的機理研究.pdf

1、針對鋁合金薄板焊接變形大的問題,從力學(xué)角度出發(fā)首次提出了隨焊超聲波激振控制鋁合金薄板焊接殘余應(yīng)力及變形的新方法。在焊接過程中,利用功率超聲波沿焊件厚度方向在熔池后方一定位置施加激振力,并與焊接熱源隨動,對處于冷凝收縮狀態(tài)的金屬進行激振,產(chǎn)生縱向塑性延展,補償在加熱過程中產(chǎn)生的壓縮塑性應(yīng)變,使焊接過程中的瞬態(tài)應(yīng)力降低,進而減小焊接變形。
　　文中從有限元數(shù)值模擬計算和試驗研究兩方面入手,研究超聲激振對焊接殘余應(yīng)力及變形的控制效果。選

2、用超聲波激振力作為源動力,并根據(jù)焊接殘余應(yīng)力的控制理論,從薄板焊接的縱向殘余應(yīng)力著手,對隨焊超聲激振裝置進行設(shè)計,自行研制出能夠完成本試驗所有要求的設(shè)備。
　　基于有限元數(shù)值模擬分析,利用MARC軟件建立了鋁合金薄板隨焊超聲波激振的熱力耦合模型,并針對不同條件下的焊接過程進行溫度場及應(yīng)力場的數(shù)值模擬,最大殘余應(yīng)力為263MPa,數(shù)值正確,驗證了模型的可靠性,從理論上找出了焊接工藝參數(shù)的最優(yōu)匹配以及激振端與熱源的最佳距離,同時確定了

3、激振端的有效激振范圍。
　　利用自行研制的隨焊超聲波激振裝置,以320mm×200mm×2mm的LY12鋁合金薄板為試件進行焊接試驗,測量薄板焊后殘余應(yīng)力。試驗結(jié)果表明,激振端與熱源的距離為22mm時,中截面縱向殘余拉應(yīng)力峰值由常規(guī)焊的282.4MPa下降到60.6MPa,壓應(yīng)力峰值從-83.3MPa降低到-27MPa,下降幅度為67.6％,壓應(yīng)力均值為-15.1MPa,低于薄板的臨界失穩(wěn)應(yīng)力,薄板失穩(wěn)變形完全消失,且板邊最大撓度