铝合金模板MIG焊工艺优化及焊接数值模拟

摘要

随着我国城镇化快速发展，城镇住宅建设日趋繁重，铝合金模板作为一种新型的节能环保产品以其施工效率高、使用寿命长和总体成本少等优势得到广泛应用。铝合金模板尺寸较大且焊缝数量众多，容易产生焊接变形。本文针对某型号6061-T6铝合金模板，分析工艺参数对MIG焊接接头组织和力学性能的影响规律，通过有限元方法模拟该结构焊接过程，分析变形规律，优化焊接工艺，为解决铝合金模板实际应用奠定基础。
　　首先，对4mm厚6061-T6铝合金平板对接接头进行MIG焊接工艺试验和力学性能测试，结果表明线能量的增大导致接头热影响区宽度由320Pm逐渐增大到740Pm，焊缝熔合区晶粒尺寸由44Pm增大到63Pm，线能量较低时导致焊接接头出现未焊透和气孔等缺陷，降低接头的力学性能；熔深较熔宽和余高对送丝速度的影响更敏感，送丝速度过慢与过快都容易使焊缝成型变差，焊接过程不稳定，当送丝速度为8.2m/min时焊缝平滑均匀，最大抗拉强度为239MPa。
　　其次，建立了6061-T6铝合金MIG焊接数值模型，通过SYSWELD有限元软件对T型接头焊接热源特征、温度场和焊接变形进行了模拟。并对模拟结果进行验证，结果表明模拟值与实际测量值相吻合，从而验证了模型可靠性。
　　再次，通过对局部模型焊接过程进行数值模拟。对比不同焊缝顺序下局部模型焊后变形，结果表明，从中部向两端对称焊接构件焊后变形最小。焊缝之间冷却时间对构件焊接变形的影响不明显，选择较短冷却时间不仅节省模拟计算时间，也可以大大提高生产效率。在此基础上，施加一定刚性约束可以进一步减小焊接变形，设计了专门焊接工装夹具。
　　最后，对铝合金整体构件焊接变形进行模拟，具体分析工字梁焊接顺序，并提出最佳焊接方案。结果表明，从两侧向中心侧对称焊接，构件整体变形最小。在此焊接顺序下，施加工装夹具后可以显著减小面板下凹变形。模拟结果用于实际生产，可以缩短6061-T6铝合金模板MIG焊接生产周期，提高劳动成产效率。

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第1章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2铝合金熔化焊力学性能研究现状

1.3焊接数值模拟研究现状

1.4课题主要研究内容

第2章 线能量与送丝速度对焊接接头组织和力学性能的影响

2.1试验条件与方法

2.2 试验方法

2.3 不同线能量对6061-T6铝合金微观组织的影响

2.4 不同线能量对6061-T6铝合金接头力学性能的影响

2.5送丝速度对6061-T6铝合金微观组织的影响

2.6 本章小结

第三章 6061铝合金T型接头有限元模拟及验证

3.1 引言

3.2 有限元模型的建立

3.3 T型接头焊接温度场模拟及实验验证

3.4 T型接头焊接残余应力模拟

3.5 T型接头焊接变形模拟及实验验证

3.6 本章小结

第四章 铝合金模板简化模型焊接变形数值模拟

4.1 引言

4.2 铝合金模板模型简化

4.3 焊后构件的变形规律分析

4.4 焊接顺序对构件焊接变形的影响

4.5 焊缝间冷却时间对焊接变形的影响

4.6 约束条件对构件焊接变形的影响

4.7 本章小结

第5章铝合金模板结构件焊接顺序优化和变形控制

5.1 整体结构件建模

5.2 焊接工装夹具设计

5.3 铝合金模板工字梁之间焊接顺序方案设计

5.4 铝合金模板模拟结果分析

5.6 本章小结

第6章 结论

参考文献

论文发表情况

致谢

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