中原板2024铝合金的焊接工艺研究及数值模拟,材料加工工程,材料科学与工程,材料科学,冶金工程,学位论文,硕士论文,毕业论文,专业论文吧
中图分类号ＴＧ４５７．１ｌ学科分类号０８０５０３论文编号１０２８７０６１０一００６８密级公开中厚板２０２４铝合金的焊接工艺研究－及数值模拟研究生姓名**、专业研究方向指导教师材料加工工程铝合金的焊接王少刚副教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院ｉｌｌｉｉ《｛１ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓＴｈｅＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌＣｏｌｌｅｇｅＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｔｕｄｙｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅ２０２４ａｌｕｍｉＨｕｍａｌｌｏｙｍｏｄｅｒａｔｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｎｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡＴｈｅｓｉｓＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢｙＺｈａｎｇＬｉａｎｇＡｄＶｉｓｅｄＡｓｓｏｃｉａｔｅＰｒｏｆｅｓｓｏｒＶ厂ａｎｇＳｈａｏｇａｎｇＳｕｂｍｉｔｔｅｄＰａｒｔｉａｌＦｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔＯｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｒａｃｈ，２０１０承诺书‘本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）１阴ｌｌ作者签名：銎兰垂Ｌ日期：垫！！：！：竺卜ｊ～南京航空航天大学硕士学位论文摘要２０２４铝合金属于可热处理强化铝合金，广泛应用于飞机蒙皮、翼梁等受力较大的结构件，而且随着高新技术的发展，其应用范围还在日益扩大。但是由于此类材料具有特殊的焊接性，焊接过程中易出现热裂纹、气孔等焊缺陷，获得的焊接接头的强度系数往往较低，使其在实际生产中的应用受到了一定的限制。为了获得满足实际使用要求的优质焊接接头，通常要根据被焊件的结构以及尺寸选择合适的焊接方法及工艺参数。本文研究了采用钨极氩弧焊ｃｌｒＩＧ）、熔化极氩弧焊（ＭＩＧ）和真空电子束焊、聊三种不同焊接方法对不同厚度的２０２４铝合金板焊接接头性能的影响，并对获得的焊接接头组织与性能进行了系统的研究和理论分析，同时对其相关焊接工艺参数进行优化，得到了焊缝表面成形良好和接头质量优良的焊接接头。同时，文中还基于ＡＮＳＹＳ软件采用双椭球热源模型对ＭＩＧ和ＥＢｗ焊接温度场进行了模拟分析，并通过ＡＰＤＬ二次开发语言实现焊接过程中移动热源的加载和卸载，分析了在不同焊接工艺下接头温度场的分布特点，计算结果可为优化焊接工艺提供理论指导。研究结果表明，采用三种焊接方法所获得的焊接接头的强度与母材本身的强度相比都有不同程度的下降，其中ＥＢＷ接头强度最高，ＭＩＧ接头强度次之，而１１Ｇ接头强度最低，但在通常情况下，ＥＢＷ和Ｍ【Ｇ焊接头的强度均能够满足实际工程结构应用要求。接头金相组织观察显示，在三种不同的焊接工艺条件下，接头的焊缝金属区，电子束焊接工艺下焊缝的显微组织呈现细小的等轴晶，共晶组织分布更加均匀，而在钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊接工艺下获得焊缝的显微组织均呈现等轴枝晶形貌，晶粒尺寸也明显大于电子束焊缝区的晶粒尺寸；三种焊接接头的热影响区组织基本呈粗大的柱状枝晶形貌，但真空电子束焊接头的热影响区组织柱状晶尺寸相比其他两种焊接接头明显较小。对不同焊接接头的拉伸断口进行扫描分析，在ＴＩＧ焊接头的断口表面形貌中可明显观察到河流花样及撕裂棱，呈典型的解理断裂特征；而在Ｍ【Ｇ焊和ＥＢｗ焊接头的断口表面发现有大量的韧窝，并且在部分韧窝底部可以清晰看到有许多细小颗粒，韧窝外侧撕裂棱明显，呈现明显的韧性断裂特征。利用ＲＤ对焊缝接头进行分析，结果表明三种接头的焊缝区都以州蛆相为基，此外，在１１Ｇ焊接头焊缝中发现存在口（ＣｌｌＪＡＪ２）强化相及单质Ｓｉ相；ＭＩＧ焊接头焊缝中分布有日（Ｃ叫也）和Ｍ＆Ｓｉ等强化相；电子束焊接头焊缝中分布口（Ｃｌｌ＿ＡＪ２）和Ｓ（ｍ２ＱｌＭｇ）等强化相，并通过ＴＥＭ微观分析进一步证实了接头中的强化相主要为一（Ｃｕ砧２）相。利用ＡＮＳＹＳ软件对厚度为８ｍｍ的２０２４铝合金ＭＩＧ和ＥＢＷ焊接温度场进行模拟分析，计算结果表明，采用双椭球体热源模型的模拟计算结果与实际焊接过程较为接近，验证了所建立的热源模型的可靠性。对模拟计算的结果进行分析，与实际焊接熔池形貌相比基本吻合。焊中厚板２０２４铝合金的焊接工艺研究及数值模拟接工艺参数对温度场的影响分析表明，焊接速度越小，温度场高温区域范围和同一测量点的峰值温度越高；焊接功率越大，同一测量点的峰值温度也越高。综合试验结果表明，采用熔化极氩弧焊和真空电子束焊接方法可实现中厚板２０２４铝合金的高质量连接。关键词：２０２４铝合金，焊接工艺，力学性能，微观组织，数值模拟南京航空航天大学硕士学位论文Ａｂｓ仃ａｃｔ２０２４ａｌ岫１ｉｌｌ眦ａｌｌｏｙｂｃｌｇｓｔ０ｔｌｌｅｈｅａｔ舭利ｂｌｅａｌｕｎｌｉｌｌ啪ａｌｌＯ）ｒｓ锄ｄｈ勰ｂｅ％诵ｄｅｌｙ璐ｅｄ出撇ｓｋｉｎｓｈ毗ｗ吨ｂｅ锄孤ｄ瑚ｎｙａｐｐＨｃ撕ｏＩｌ６ｅｌｄｉｓｓｔｉｌｌｅｘｐ她ｄｉｌｌｇ谢ｍ也ｅｄｅｖｃｌｏｐｍ锄ｔｌｌｉｇｈ孤ｄｎｅｗｔｅＩ：ｂｎｏｌｏｇ弘Ｈ刚ｌ，ｅｖｅｒ，也ｅｓｐｅｃｉａｌｗｅｌｄａｂｉｌｉ锣ｏｆａｌ岫ｉｍｎａｌｌｏ），ｓｍａ：ｋｅｓｍｅｓｅａ１１０），ｓ戳：印戗ｂｌｅｔ０ｈｏｔ啪ｃｋｓ，ｇ丛ｐｏｓ时ａｎｄｓｏ啪。吐财ｄｃｆｅｃｔｓ．ｈａｄｄｉ缸咀位ｓ岫１啦ｃｏｅ伍ｃｉ础ｏｆｉｔｓｗｅｌｄｅｄｊｏｉｎｔｉｓ暇ｌａｌｌｙｌｏｗ盯岫恤ｔｎｌ砌，砌ｃｈｌｉｎ：ｌｉｔｓｉｔｓａｐｐｌｉｃ撕姐ｔｏｃ喇ａｉｎｅｘ蛔止ｈｏｒｄｅｒｏｂｔａｉｎｗｅｌｄｅｄｊｏ缸谢ｔｈｅｘｃｅｌｌ咄芦叩硎ｅｓ，ｗｅｌｄｉｌｌｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅ锄Ｉｄｐａ瞄ｍ酏ｅ砖ＳｈｏｌｌｌｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｐｐＩ珥戚ａｔｅｌｙ觚＇ｒ（１ｉＩｌｇｓ仃ｕｃｔｔｌ托孤ｄ觚ｉ．ｈｌｌｉｓｐａｐ％２０２４ａｈ珊ｉｎｉ啪ａｎｏｙｓｗｉｍｄｅ丘ｂｍｔｔｌｌｉ幽舱豁眦ｗｅｌｄｅｄＴＩＧＭＩＧ柚ｄ髓ｗｅｌｄｉＩ玛唧ｃｔｈｒｃｌｙＴｈｅ把曲ａｎｉｃａｌｐＩｑ＇ｅｎｉ豁锄ｄｍｉｃｒ０蚰内１ｒｅｓｗｅｌｄｅｄｊｏｉＩｌ乜ｍｉＩｌｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｓｙＳｎ圮ｔｉｃ“ｌｙ＇锄ｄｗｅｌｄｅｄｊｏｉＩｌ伍诵ｔｈ９００ｄｃＩｕｌａｌｉ锣ａｏｂｔａ＝．ｍＩｅｄｂｙ哪曲匝ｌｉｚｅｄｗｅｌｄｉｌ唱ｐ锄黜觚．ＦｉＩｌａｕｙ，位骶ｌ妇ｇｔｅＩｌ脚丘ｅｌｄｕｎｄｅｒＭＩＧａｎｄＥＢｗｅｌｄｉＩｌｇ眦ｅｄＵ鹏勰锄ｄ），Ｓｅｄｂ嬲ｅｄｄｏｕｂｌｅ．ｅ１１ｉｐｉｄｈｅａｔｓｏｕ鹏ｅｍｏｄｃｌＡＮＳＹｓｓｏ脚ａ．ｎｅ１０ａｄｉｎｇ孤ｄｕＩｌｌｏａｄｉｎｇｐｒｏｃｅ鼹ｅｓｍｏ、，ｉＩ培ｍｅｍｌａｌｓｏｕｒｃｅ 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