铝合金电阻点焊熔核一次组织及形态模拟

摘要

铝合金电阻点焊熔核尺寸大小、一次组织形貌及缩松缩孔缺陷等情况决定了点焊焊点质量，进而决定接头的力学性能。因铝合金点焊工艺过程模拟存在诸多难点，所以针对铝合金点焊方面的数值研究还相对较少，特别是针对铝合金点焊微观组织演变及缩松缩孔的研究更为鲜见，本文运用数值模拟方法对铝合金点焊熔核尺寸、一次组织形貌及缩松缩孔进行模拟预测，为铝合金点焊接头力学性能评估提供理论参考。
　　首先对AA5754铝合金电阻点焊过程温度场展开数值模拟研究，模型中考虑了随温度变化的边界条件、热物性参数以及在电极力与温度共同作用下的接触电阻的影响，分析了不同点焊规范参数对熔核尺寸的影响。经与相同点焊参数下获得的点焊接头剖面测量结果对比表明，模拟与实际点焊接头熔核尺寸测量结果吻合较好。
　　在前述温度场模拟结果基础上，利用元胞自动机与有限元(CA-FE)耦合模型，实现了对铝合金点焊接头在冷却凝固过程中熔核微观组织演变的模拟，包括熔合线附近的柱状晶竞争生长模拟以及柱状晶向熔核中心的等轴晶转变(CET)的模拟，在此基础上，模拟研究了电流强度对铝合金点焊熔核组织的影响。经与实际铝合金点焊接头金相组织对比表明，铝合金点焊熔核一次组织形貌、晶粒平均尺寸以及柱状晶与等轴晶分布比例等模拟结果与实际试验结果吻合较好。
　　最后基于临界固相率法与Niyama判据对一定工艺参数下铝合金点焊熔核不同类型缩松缩孔进行模拟预测，对集中缩孔进行了定量分析，对其他类型缩松缩孔进行了定性分析。经与实际点焊接头缩松缩孔情况对比表明，模拟与试验实际结果吻合较好。

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注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 电阻点焊数值模拟进展

1.3 焊接接头微观组织模拟进展

1.4 铝合金点焊接头缩松缩孔的模拟预测

1.5 本文主要研究内容

第二章 铝合金电阻点焊数值模拟

2.1 引言

2.2 铝合金点焊基本原理

2.3 铝合金点焊温度场的数值模拟

2.4 铝合金点焊数值模拟结果试验验证

2.5 本章小结

第三章 微观组织模拟方法研究

3.1 引言

3.2 晶粒形核模型

3.3 晶粒生长模型

3.4 枝晶尖端生长动力学

3.5 宏微观耦合模型

3.6 本章小结

第四章 铝合金点焊熔核一次组织模拟

4.1 引言

4.2 点焊熔池模拟假设

4.3 点焊模型边界条件与初始条件

4.4 给定温度场下的晶粒生长

4.5 实际点焊熔池组织模拟结果与分析

4.6 点焊熔核组织模拟结果试验验证

4.7 本章小结

第五章 铝合金点焊熔核缩松缩孔模拟

5.1 引言

5.2 点焊缩松缩孔模拟理论基础

5.3 点焊缩松缩孔模拟

5.4 本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文