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《河海大学》 2007年
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45钢轴对称件闪光对焊焊接工艺和接头温度场与组织模拟

陈洪莲  
【摘要】:本文选择45钢为研究对象,对其轴对称件的闪光对焊焊接工艺、焊接热过程及组织演变与分布进行了综合研究与分析。 利用正交试验设计法对Φ16mm、长100mm的45钢轴对称件闪光对焊焊接工艺参数进行优化研究。选用单一水平正交表L_9(3~4)设计试验方案,以焊接接头抗拉强度为考核指标,选择调伸长度L、输出电流百分比(闪光电流密度J_f)、闪光时间t、次级空载电压U_(20)等四参数为试验因素,忽略各因素间的交互作用,每个因素选取3个位级进行正交试验,获得的较优焊接参数组合为L=15mm、输出电流百分比80%、t=6s、U_(20)=6.23V,其中U_(20)为较重要参数,对焊接接头性能影响较显著,该工艺参数组合的焊接试验所得的焊接接头平均σ_b为702MPa高于母材的667MPa。 焊接接头三点弯曲试验表明其接头塑性较母材稍差,金相组织分析发现随着距离焊接端越远峰值温度逐步下降,晶粒从近缝区、过热区到相变区逐渐细化,过热区奥氏体晶粒粗大,且在空冷状态下形成魏氏组织,验证了焊接HAZ韧塑性降低的原因。分析了焊接HAZ内不同区域的组织转变及晶粒度分布,探讨了温度、组织及性能之间的相互影响。 利用较优的工艺参数进行焊接实验研究其焊接温度场分布。通过温度检测系统实测了45钢轴对称件闪光对焊焊接过程的温度场分布,确定了轴向温度T(x)与轴向距离x之间的关系为lnT(x)=K(a+bx+cx~2+dx~3);同一横截面上的径向温度由表及里逐渐升高,呈抛物线规律变化;以焊接热循环过程中的峰值温度T_p为基准,将焊接热循环曲线分为升温段和降温段分别进行拟合处理,得到了不同测温点的焊接热循环曲线。 基于有限元分析建立了闪光对焊焊接过程热电耦合的二维轴对称简化模型,该模型中结合闪光对焊的实际及材料物性参数随温度变化的特性,考虑了接触电阻及相变潜热对产热过程的影响,模拟得到了闪光对焊焊接加热过程任一时刻温度分布及任一位置焊接热循环。模拟与实测两者比较验证了所建热电耦合二维简化模型的合理性。 基于45钢轴对称件闪光对焊焊接温度场的实测,采用MC模拟与理论分析结合的方法研究了焊接HAZ奥氏体晶粒长大,考虑了晶粒长大动力学及温度对晶粒长大的影响。根据EDB模型确定了奥氏体晶粒长大动力学方程,确定了模拟时间MCS与实际时间t、实测温度T(t)之间的关系方程,以VB为运行环境,再现了焊接HAZ晶粒长大的动态演变过程,模拟和实测的晶粒大小结果基本相吻合。MC模拟指出温度梯度使焊接HAZ中晶粒长大尺寸仅为整体受热时的70%左右,焊接加热阶段对晶粒长大的贡献为25%~30%左右。
【学位授予单位】:河海大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG457

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【引证文献】
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