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文檔簡介
1、攪拌摩擦焊是一種新型的固相焊接工藝,且本身兼有普通焊接技術優(yōu)點。焊接傳熱過程與溫度場分布是攪拌摩擦焊技術重要的研究領域之一,其對研究殘余應力和焊接變形均有重要影響。而焊接冷卻后存在的殘余應力對構件可靠性,特別是疲勞壽命、尺寸穩(wěn)定性和抗腐蝕性能等都具有十分重要價值。本文采用有限元分析并通過控制變量法,研究差厚鋁合金板攪拌摩擦焊溫度場及殘余應力的分布情況。
本文根據攪拌摩擦焊特點,考慮米塞斯屈服準則和軸肩及攪拌針產熱,以厚度為2m
2、m和4mm的差厚6061-T6鋁合金板材為研究對象,基于ABAQUS有限元分析軟件,通過建立熱源模型,對攪拌摩擦焊溫度場與殘余應力模擬分析。研究結果表明:2mm薄板峰值溫度在446℃左右,4mm薄板峰值溫度在441℃左右,溫度場分布呈不對稱橢圓狀;差厚板殘余應力主要表現(xiàn)形式是縱向殘余應力,且在垂直焊縫方向上呈M形雙峰分布,縱向殘余應力先增大后減小,焊縫中心線附近區(qū)域的縱向殘余應力是拉伸應力,并向母材邊緣逐漸轉化為壓縮應力,橫向應力表現(xiàn)為
3、拉應力,但數(shù)值遠低于縱向應力;且4mm薄板殘余拉應力峰值和分布范圍都比2mm薄板要小。
其次,利用所建數(shù)值模型,通過控制變量法,分別依次改變攪拌頭轉動速度、焊接速度以及攪拌頭直徑,對攪拌摩擦焊溫度場和殘余應力的影響規(guī)律進行研究。結果表明在控制變量法下:隨著旋轉速度的增大,差厚鋁合金板工件峰值溫度升高,4mm薄板較2mm薄板的高溫區(qū)域溫度場范圍大,焊縫中心兩側的差厚板殘余應力并不相同,差厚鋁合金板兩側殘余應力峰值均與攪拌頭旋轉速
4、度成反比,且2mm薄板的縱向殘余應力峰值大于4mm薄板。各點溫度在不同焊接速度下均經歷一個峰值,且峰值溫度大小與焊接速度成反比;縱向殘余應力峰值出現(xiàn)在攪拌區(qū)域的邊緣,隨著焊接速度的增大,差厚板縱向殘余應力均相對增大。而2mm薄板峰值殘余應力略大于4mm薄板。差厚鋁合金板溫度場與軸肩直徑呈正比,且4mm薄板比2mm薄板的高溫區(qū)域大。隨著軸肩直徑的增加,差厚板的低溫區(qū)域逐漸增大,同時隨著軸肩直徑增大,縱向殘余應力峰值也增大。
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