铝合金不同温湿度条件下焊接气孔及力学性能研究

摘要

近年来,随着高速轨道车辆的不断提速,轻量化受到越来越多的关注,铝合金由于密度小、综合力学性能高而成为追求高速轨道车辆轻量化的主体结构材料。但是,铝合金也因氧化性强、易吸气等产生各种焊接问题,其中,铝合金熔化焊最容易产生的缺陷是气孔,焊接气孔的产生与焊接环境有着极大的关系。本论文通过自行设计和制作模拟大气环境系统,研究不同温度和湿度条件对焊接气孔缺陷的影响规律,并研究了气孔等缺陷对铝合金对接接头力学性能的影响。
　　本文自行设计和制造温湿度模拟环境系统,实现焊接环境温湿度的预设与控制,设计与模拟环境系统相匹配的自动焊接系统,通过预留的密封窗口观察环境室内MIG自动焊接铝合金试板,并能够在环境室外进行过程控制和操作。
　　通过试验,确定具有良好焊缝成形性的焊接工艺参数,分别在5℃和22℃两种温度下选取5个湿度条件进行焊接试验,研究不同温湿度条件对焊接气孔缺陷的影响规律,阐述相对湿度和绝对湿度的关系,综合分析不同温湿度条件的影响。利用不同气孔率的焊接试板,研究气孔对焊接接头拉伸性能、弯曲性能以及疲劳性能的影响,并利用扫描电子显微镜对静载断口和疲劳断口的形貌进行了观察,分析断口形貌特征及断裂的影响因素,断口扫描分析表明,静载断口上均含有韧窝,疲劳断口的裂纹源区存在焊接气孔、夹杂等缺陷,这些缺陷对焊接接头的疲劳性能影响很大。
　　文中通过建立带有气孔缺陷的有限元模型,引入带有应变硬化的热弹塑性模型,利用非线性有限元模拟软件MSC.MARC对焊接结构的残余应力以及力学性能进行数值分析,研究焊接气孔等缺陷对焊接残余应力以及力学性能的影响,模拟结果与实验相一致。

目录

铝合金不同温湿度条件下焊接气孔 及力学性能研究

RESEARCH ON WELDING POROSITY AND MECHANICAL PROPERTIES OF ALUMINUM ALLOY UNDER DIFFERENT TEMPERATURE AND HUMIDITY CONDITIONS

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 Al-Mg系铝合金特点

1.3 大气模拟环境的研究与进展

1.4 铝合金焊接气孔的研究现状

1.5 铝合金焊接接头力学性能研究

1.6 有限元分析在焊接缺陷上的应用

1.7 本文的主要研究内容

第2章 大气模拟环境的设计与制作

2.1 模拟环境系统的设计思想和原理

2.2 大气模拟环境室

2.3 制冷系统设计

2.4 加湿与通风排气系统

2.5 温湿度测控系统

2.6 本章小结

第3章 不同温湿度条件对焊接气孔的影响

3.1 5083铝合金

3.2 铝合金焊接工艺研究

3.3 不同温湿度条件对气孔的影响

3.4 不同保护气流量的影响

3.5 本章小结

第4章 焊接气孔对接头力学性能的影响

4.1 5083铝合金对接接头的静拉伸试验

4.2 5083铝合金对接接头的弯曲试验

4.3 5083铝合金对接接头的疲劳试验

4.4 本章小结

第5章 有限元模拟与仿真

5.1 有限元模型建立

5.2 材料弹塑性模型

5.3 材料物理参数的确定

5.4 不同气孔率的残余应力分析

5.5 气孔对静力学性能的影响有限元分析

5.6 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢