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、中圖分類號UDCTG453621碩士學位論文學校代碼密級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：學科專業(yè)：研究方向：學院(系、所)：指導教師：副指導教師：劉羅成機械工程攪拌摩擦焊機電工程學院賀地求教授袁肇范答辯委員會主席

2、中南大學2014年5月中南大學碩士學位論文摘要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，還具有焊接變形小、焊接過程力小、消除根部缺陷等優(yōu)勢，而且在焊接過程中，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程僅是一個過程變量，這樣可以克服來自常規(guī)攪拌摩擦焊較高焊接力帶來的約束。由于攪拌頭在

3、焊接過程中承受很大的機械載荷，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)焊對雙軸肩技術有著迫切需求，其壁厚主要在48mm問，故本文以6mm厚6061T6鋁合金為研究對象，進行了數(shù)值模擬與工藝實驗研究。本文通過移動熱源替代移動攪拌頭，建立了雙軸肩攪拌摩擦焊瞬態(tài)溫度場模型；通過計算流體力學與彈塑性力學，建立了6061鋁合金熱流耦合穩(wěn)態(tài)模型。兩個模型的溫度場相互驗證，并通過焊接溫度測

4、試和金相組織觀察也驗證了模型的可靠性。對溫度場分析發(fā)現(xiàn)，在高焊速或低轉(zhuǎn)速時，下軸肩的額外供熱，能夠保證材料充分塑性流動，增大了焊接工藝窗口。在軸肩區(qū)域溫度場呈現(xiàn)前進側(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稱分布，且最高溫出現(xiàn)在攪拌頭前沿靠近前進側(cè)，約為515。C。對流場分析發(fā)現(xiàn)，攪拌頭螺紋利于材料塑性流動，而攪拌頭三方的形狀導致流動效果減弱，且過大將不利于材料流動，易形成溝壑缺陷，這與焊接工藝實驗中所出現(xiàn)的現(xiàn)象相吻合。本文通過

5、對產(chǎn)熱模型與數(shù)值模擬分析，以及工藝實驗探索獲得攪拌頭較合理的結(jié)構(gòu)和相應的匹配尺寸。著重分析了，壓深對焊縫形成的影響，發(fā)現(xiàn)只有當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。焊后實驗表明，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；焊接接頭抗拉強度達235MPa，達母材的76％，比常規(guī)攪拌摩擦焊強度略??；同時接頭發(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)前進側(cè)晶粒形貌過渡至焊核區(qū)比較急劇，而返回側(cè)則