5A02-0Cr18Ni9管磁脉冲连接变形行为与微观结构分析

摘要

自铝合金被广泛应用于航空航天、汽车等领域以来，铝合金与钢的异种金属的连接成为了研究热点。目前，采用磁脉冲连接技术（Magnetic Pulse Welding，MPJ）已得到了性能良好的铝-低碳钢接头，实现了零件轻量化要求，但是与不锈钢的连接报道较少。本文通过采用数值模拟和试验相结合的方法探索了5A02铝合金与0Cr18Ni9不锈钢管-管磁脉冲连接工艺，研究了主要工艺参数对焊接效果的影响规律，得到了合理的工艺参数范围。
　　基于ANSYS有限元分析软件对铝-不锈钢异种金属进行了管管磁脉冲连接数值模拟分析，采用松散耦合的方法，在Multiphysics模块中建立二维轴对称电磁场模型，分析了磁场力的变化规律。在LS-DYNA模块中采用了应变速率相关的塑性材料本构模型建立管件力场模型，分析了搭接位置、放电电压、径向间隙等工艺参数对磁脉冲连接过程中碰撞角度和速度的影响规律，确定了合理的工艺参数范围，为工艺试验提供参考。
　　以5A02铝合金管与0Cr18Ni9不锈钢管为母材进行了磁脉冲工艺试验，通过剥离试验研究了放电电压、管件的径向间隙、管件与集磁器的搭接位置等工艺参数对接头质量的影响，确定了磁脉冲连接5A02-0Cr18Ni9的最佳工艺参数。
　　对不同放电能量、径向间隙条件下获得的5A02/0Cr18Ni9磁脉冲连接接头的力学性能进行了分析测试，试验结果表明，在合适的工艺参数下得到的接头性能的结合强度高达48.1MPa。
　　利用SEM对接头界面形貌进行了观察，发现5A02/0Cr18Ni9界面有两种形貌：带有过渡区界面和不带过渡区界面。并通过TEM、EDS对带有过渡区的界面进一步进行了分析测试，分析发现：过渡区主要含有Al、Fe元素的非晶相和弥散分布的Fe的有序相；靠近过渡区的不锈钢侧母材出现了等轴细晶，铝侧母材发现了带有亚晶结构的大晶粒。采用纳米压痕仪测试了界面的显微硬度，研究了接头界面处硬度变化规律并分析了界面硬度升高成因。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 铝与异种金属连接技术

1.3 磁脉冲连接技术

1.4 本课题的选题背景及主要研究内容

第2章 5A02-0Cr18Ni9磁脉冲连接变形过程数值模拟

2.1 引言

2.2 数值模拟模型建立

2.3 数值模拟工艺参数对磁脉冲连接过程影响

2.4 本章小结

第3章 5A02-0Cr18Ni9磁脉冲连接工艺试验研究

3.1 引言

3.2 磁脉冲连接工艺试验准备

3.3铝合金-不锈钢的磁脉冲连接

3.4 本章小结

第4章 5A02-0Cr18Ni9磁脉冲连接接头力学性能及界面组织结构

4.1 引言

4.2 5A02/0Cr18Ni9接头结合强度测试

4.3 磁脉冲连接接头的界面组织结构分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢