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7N01铝合金搅拌摩擦焊焊接工艺和接头力学性能研究

汇报人:

2024-01-15

REPORTING

目录

引言

7N01铝合金搅拌摩擦焊焊接工艺

接头力学性能研究

工艺参数对接头力学性能的影响

数值模拟与实验结果对比分析

结论与展望

PART

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引言

REPORTING

铝合金在航空航天、汽车、轨道交通等领域广泛应用,搅拌摩擦焊作为一种高效、优质的连接方法,对于提高铝合金构件的制造效率和质量具有重要意义。

7N01铝合金是一种高强度、耐腐蚀的铝合金,具有良好的焊接性能,研究其搅拌摩擦焊焊接工艺和接头力学性能对于推动相关领域的发展具有重要意义。

国内外学者针对铝合金的搅拌摩擦焊焊接工艺和接头力学性能开展了大量研究,取得了显著成果,但针对7N01铝合金的研究相对较少。

目前,搅拌摩擦焊焊接工艺参数对接头力学性能的影响规律尚未完全明确,需要进一步深入研究。

随着计算机模拟技术的发展,采用数值模拟方法研究搅拌摩擦焊过程及接头力学性能已成为一种趋势。

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研究目的:揭示7N01铝合金搅拌摩擦焊焊接工艺参数对接头力学性能的影响规律,优化焊接工艺,提高接头力学性能。

研究内容

设计并开展7N01铝合金搅拌摩擦焊实验,获取不同工艺参数下的接头试样。

对接头试样进行力学性能测试,包括拉伸、弯曲、硬度等试验。

分析实验结果,揭示焊接工艺参数对接头力学性能的影响规律。

基于实验结果,优化焊接工艺参数,提高接头力学性能。

PART

02

7N01铝合金搅拌摩擦焊焊接工艺

REPORTING

采用专用的搅拌摩擦焊机,包括焊接主机、控制系统、夹具等。

搅拌摩擦焊设备

通过搅拌头的高速旋转和沿焊缝方向的移动,使被焊材料在热塑性状态下形成致密的固相连接。

焊接方法

针对可能出现的焊缝缺陷(如裂纹、气孔等),通过优化焊接参数、改进工装设计等措施进行预防和解决。

焊接缺陷

通过控制热输入、采用合适的冷却方式等方法,减小热影响区的软化程度,提高接头力学性能。

热影响区软化

采取预热、后热、刚性固定等措施,降低残余应力和减小变形,保证焊接接头的稳定性和可靠性。

残余应力与变形

PART

03

接头力学性能研究

REPORTING

对接头进行拉伸试验,测定其抗拉强度、屈服强度、延伸率等力学性能指标。

拉伸试验

弯曲试验

冲击试验

通过弯曲试验评估接头的弯曲性能,了解其在受力时的变形行为。

对接头进行冲击试验,以测定其冲击韧性和抵抗断裂的能力。

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残余应力分析

采用X射线衍射等方法测定接头中的残余应力,分析其对力学性能的影响。

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微观组织分析

观察接头金相组织,分析晶粒大小、相组成及分布对接头力学性能的影响。

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硬度测试

通过硬度测试了解接头不同区域的硬度分布,进而分析其力学性能的变化。

研究接头在受力过程中裂纹的萌生原因,如应力集中、材料缺陷等。

裂纹萌生机理

分析裂纹在接头中的扩展路径和扩展速率,探讨其对接头断裂的影响。

裂纹扩展机理

观察接头断口形貌,了解断裂类型(如韧性断裂、脆性断裂)及断裂过程。

断口形貌分析

PART

04

工艺参数对接头力学性能的影响

REPORTING

焊接速度增加,接头抗拉强度降低

较快的焊接速度会导致接头中的金属流动不充分,形成缺陷,从而降低接头力学性能。

焊接速度对接头硬度分布的影响

随着焊接速度的增加,接头硬度分布不均匀性增加;适当的焊接速度有利于获得均匀的硬度分布。

下压量增加,接头抗拉强度先增大后减小

适当的下压量有助于接头中的金属充分流动和紧密结合,提高接头力学性能;然而,过大的下压量会导致接头中金属被过度挤压,形成缺陷,从而降低接头力学性能。

下压量对接头硬度分布的影响

随着下压量的增加,接头硬度分布更加均匀;但当下压量过大时,接头硬度会降低。

PART

05

数值模拟与实验结果对比分析

REPORTING

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3

通过构建代表焊接接头的有限元模型,模拟焊接过程中的热传导、热弹塑性变形和残余应力等。

有限元法

利用CFD技术模拟焊接过程中的熔池流动、传热和传质现象,以及焊缝形状和质量的预测。

计算流体动力学(CFD)法

通过训练ANN模型,建立工艺参数与接头力学性能之间的非线性映射关系,实现焊接质量的快速预测。

人工神经网络(ANN)法

工艺参数优化

01

利用数值模拟方法,研究不同工艺参数(如焊接速度、旋转速度、下压量等)对焊接接头温度场、应力场和变形的影响规律,为工艺参数的优化提供理论依据。

缺陷预测与控制

02

通过数值模拟预测焊接过程中可能出现的缺陷(如裂纹、气孔等),分析缺陷产生的原因和影响因素,提出相应的控制措施,提高焊接质量。

新工艺开发

03

借助数值模拟手段,探索新的搅拌摩擦焊焊接工艺方法和技术路线,为实际生产提供技术指导和支持。

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