6061-t6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊数值模拟及工艺研究

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1、万方数据中图分类号UDCTG453621硕士学位论文学校代码密级6061-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊数值模拟及工艺研究10533AStudyofNumericalSimulationandProcessduringBobbinToolFrictionStirWeldingof6061一T6AluminumAlloy作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：副指导教师：刘罗成机械工程搅拌摩擦焊机电工程学院贺地求教授袁肇范答辩委员会主席中南大学2014年5月万方数据学位论文原创性声明本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行

2、的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论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，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：型翌惑日期：丝!尘年堕月篮日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论

3、文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：澍霉蔑导雌名枷拓导师签名鲜，乙／日期：趁娩年丛月苴日万方数据中南大学硕士学位论文摘要6061一T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊数值模拟及工艺研究摘要：双轴肩搅拌摩擦焊不仅拥有常规搅拌摩擦焊的特点，还具有焊接变形小、焊接过程力小、消除根部缺陷等优势，而且在焊接过程中，不需要焊件背面的刚性支撑，为能够焊接中空挤压型材和筒体构件提供了一种有效途径。对于一些焊件接头构件和特定结构，双轴肩搅拌摩擦焊的焊接过程仅是一个过程变量，这样可

4、以克服来自常规搅拌摩擦焊较高焊接力带来的约束。由于搅拌头在焊接过程中承受很大的机械载荷，为了避免搅拌头失效，拓宽工艺窗口，深入了解被焊材料的流动行为是必不可少的。鉴于大型火箭贮箱筒体纵焊与环焊对双轴肩技术有着迫切需求，其壁厚主要在4-8mm问，故本文以6mm厚6061．T6铝合金为研究对象，进行了数值模拟与工艺实验研究。本文通过移动热源替代移动搅拌头，建立了双轴肩搅拌摩擦焊瞬态温度场模型；通过计算流体力学与弹塑性力学，建立了6061铝合金热流耦合稳态模型。两个模型的温度场相互验证，并通过焊接温度测试和金相组织观察也验证了模型的可靠性。对温度场分

5、析发现，在高焊速或低转速时，下轴肩的额外供热，能够保证材料充分塑性流动，增大了焊接工艺窗口。在轴肩区域温度场呈现前进侧温度高于返回侧，搅拌头前沿温度梯度陡于后沿的不对称分布，且最高温出现在搅拌头前沿靠近前进侧，约为515。C。对流场分析发现，搅拌头螺纹利于材料塑性流动，而搅拌头三方的形状导致流动效果减弱，且过大将不利于材料流动，易形成沟壑缺陷，这与焊接工艺实验中所出现的现象相吻合。本文通过对产热模型与数值模拟分析，以及工艺实验探索获得搅拌头较合理的结构和相应的匹配尺寸。着重分析了，压深对焊缝形成的影响，发现只有当上下表面压深均匀且适量的情况下，

6、才能形成良好致密的焊缝。焊后实验表明，在扫描断口面中，大量韧窝内有第二相颗粒，判定为韧性断裂；焊接接头抗拉强度达235MPa，达母材的76％，比常规搅拌摩擦焊强度略小；同时接头发生了不同程度的软化现象，硬度成典型的W型。在金相分析中发现前进侧晶粒形貌过渡至焊核区比较急剧，而返回侧则较为平缓。最后还在焊缝中发现了S线和B线。关键词：双轴肩搅拌摩擦焊，6061．T6铝合金，数值模拟，搅拌头设计，工艺研究分类号：TG453TT万方数据中南大学硕士学位论文AbstractAStudyofNumericalSimulationandProcessduri

7、ngBobbinToolFrictionStirWeldingof6061．T6AluminumAlloyAbstract：Thebenefitsofconventionalfrictionstirwelding(FSW)whichincludesbobbintoolfricitonstirwelding(BT-FSW)．whilethebenefitsoftheBT-FSW：exceptFSW：arewellknownandincludeiointsthatwithlowdistortion．reductioninprocessloads，e

8、liminationofthepossibilityofpenetrationdefectontherootsideoftheweld．Theproc