学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于力学信号的搅拌摩擦焊成型机理研究

作　者: 韩道彬
导　师: 王希靖
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 搅拌摩擦焊数据采集铝合金下压力前进力 Deform-3D 应力场
分类号: TG453.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 115次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

在搅拌摩擦焊接过程中,搅拌头对焊件的力学作用是影响焊接质量的主要因素之一。目前,国内还没有对这方面的实时检测和研究。本课题根据实验需要自行设计了测力实验工作台,从而能够保证实测数据的准确性和可靠性。首先,根据压力传感器尺寸设计力学信号检测工作台,将压力传感器分别安装于其上选定的位置。安装方式为:轴向方向上放置两个,纵向方向上前后各放置一个,侧向方向上左右各放置两个;使工作台在前后、左右以及下部均与压力传感器的触头有很好的点接触。利用数据采集系统,实时检测了焊接过程中搅拌头对焊件的下压力和前进力。通过对6mm厚2A12,3A21铝合金,H62铜合金以及10mm厚5A02铝合金进行搅拌摩擦焊接,研究了工艺参数对焊接下压力和前进力的影响,得到了下压力和前进力的变化规律。结果表明:1)在同一参数下,焊接不同的材料时,材料所受的下压力和前进力不同;在不同的工艺参数下,焊接同一种材料时,材料所受的下压力和前进力也不同;实验证明,下压力随下压速度和下压量的增加而增加,随旋转速度的增加而减小。影响焊接过程中下压力的主要因素是:旋转速度、下压量及下压速度。2)在旋转速度不变的条件下,前进力随焊接速度增大而增大。在其它参数都不变的条件下,前进力随压入量的增大而增大;随旋转速度的增大,先增大后减小。随搅拌针长度和直径的增加而增大。3)此外,研究了下压力对焊缝表面成形的影响。结果表明,在下压力一定的范围内(4000N~8500N),焊缝随着下压力的增加而成形良好。本课题采用大型有限元分析软件Deform-3D,针对搅拌摩擦焊接过程中下压力的变化对应力场的影响等进行三维数值模拟和有限元分析。模拟结果表明,在焊缝的初始端,焊接下压力对等效应力的变化几乎没有影响。焊接起始阶段,搅拌针周围材料的等效应力最大,轴肩下方材料的等效应力其次,焊缝边缘材料的等效应力相对要小。随着焊接的进行,搅拌针周围温度最高,等效应力也最小。而在稳定焊接阶段,下压力对等效应力的分布影响不大,但是对应力值的大小变化影响很大。模拟结果表明焊接下压力直接影响到焊缝的成形质量。过低的下压力无法得到成形良好的焊缝,模拟结果与实际焊接的结果基本一致。本研究为进一步分析影响搅拌摩擦焊焊缝成形因素奠定了基础,对于确定焊接参数、优化焊接工艺、控制焊接接头组织和性能有重要的实用价值。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
插图索引  11-13
附表索引  13-14
第1章绪论  14-23
  1.1 传统摩擦焊发展概述  14-15
  1.2 搅拌摩擦焊概述  15-16
  1.3 国内外搅拌摩擦焊的研究现状及发展趋势  16-21
    1.3.1 铝合金和镁合金搅拌摩擦焊的研究状况  16-19
    1.3.2 国内外搅拌摩擦焊力学信号的研究现状  19-21
    1.3.3 发展趋势  21
  1.4 本课题的研究内容  21-22
  1.5 本课题的研究意义  22-23
第2章实验设备、材料及试验方法  23-33
  2.1 搅拌摩擦焊机  23-24
  2.2 力学信号检测系统  24-28
    2.2.1 压力传感器的选择  24-25
    2.2.2 信号采集与输出设备  25-26
    2.2.3 信号放大器  26-27
    2.2.4 EMI滤波器  27-28
    2.2.5 其它辅助设备  28
  2.3 试验材料  28
  2.4 试验方法  28-31
    2.4.1 工作台的设计  29
    2.4.2 试验用搅拌头  29-30
    2.4.3 焊接试验  30-31
  2.5 信号提取与数据处理  31-33
第3章实验结果及分析  33-51
  3.1 焊接过程中下压力和前进力变化的理论依据  33-35
  3.2 焊接过程中搅拌头对焊件下压力的检测及影响因素  35-43
    3.2.1 搅拌头旋转速度差异对下压力的影响  36-38
    3.2.2 搅拌头下压速度改变对下压力的影响  38-39
    3.2.3 搅拌头的轴肩直径变化对下压力的影响  39-40
    3.2.4 焊接速度对下压力的影响  40-41
    3.2.5 焊接不同材料对下压力的影响  41-43
  3.3 焊接过程中搅拌头前进力的检测及影响因素  43-49
    3.3.1 搅拌头旋转速度差异对前进力的影响  43-45
    3.3.2 焊接速度对前进力的影响  45-46
    3.3.3 搅拌头下压量对前进力的影响  46-47
    3.3.4 焊接不同厚度材料对前进力的影响  47-48
    3.3.5 搅拌针的长度变化对前进力的影响  48-49
    3.3.6 搅拌针的直径变化对前进力的影响  49
  3.4 小结  49-51
第4章力学信号对焊接质量及力学性能的影响  51-59
  4.1 下压力对焊接质量的影响  51-54
    4.1.1 下压力对焊缝成形的影响  51-52
    4.1.2 下压力对焊缝力学性能的影响  52-54
  4.2 前进力的变化对焊缝表面成形的影响  54-55
  4.3 前进力对5A02铝合金焊核区的影响  55-56
  4.4 5A02铝合金焊接接头组织分析  56-59
第5章搅拌摩擦焊过程中应力场的有限元分析  59-77
  5.1 ALE(ARBITRARY LAGRANGIAN EULERIAN)有限元方法  59-60
  5.2 DEFORM-3D软件简介  60-61
  5.3 DEFORM软件的有限元操作流程  61-63
  5.4 有限元模型的建立  63-69
    5.4.1 几何模型的建立  63-64
    5.4.2 材料属性的定义  64
    5.4.3 有限元模型网格划分  64-66
    5.4.4 有限元模型的基本假设  66-69
  5.5 模型的求解  69-70
  5.6 力学信号的变化对应力场的影响  70-75
    5.6.1 下压力的变化对应力场的影响  71-74
    5.6.2 下压力的变化对焊缝成形质量的影响  74-75
  5.7 本章小结  75-77
结论  77-79
参考文献  79-83
致谢  83-84
附录A 攻读研究生期间所发表的论文及研究成果  84

基于力学信号的搅拌摩擦焊成型机理研究

内容摘要

全文目录

相似论文