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镁合金变极性等离子焊接热循环模拟及组织性能研究

余锡科  
【摘要】: 镁合金是目前国内外积极开发的一种高性能轻型结构材料,具有低密度、高比强度、阻尼减震性好、易机械加工及良好的可回收性等优点,被誉为“21世纪的绿色结构材料”,已广泛应用于汽车、摩托车轻量化和节约能源等领域。随着越来越多镁合金焊接件在工业上的应用,研究和推广镁合金高效焊接方法己成为实际生产的迫切要求。 变极性等离子焊接作为高能焊接方法之一,具有能量密度高,焊接速度快,焊缝热影响区窄等优点,被国内外的研究人员广泛关注。对变极性等离子焊接过程温度场变化进行有限元模拟研究,更有助于深层次地理解焊接过程的物理机制,从而达到指导焊接工艺、控制焊接质量的目的。 本文以8mm厚的AZ31B变形镁合金为研究对象,在AZ31B镁合金变极性等离子焊接工艺研究的基础上,结合AZ31B镁合金材料的特点,利用ANSYS有限元分析软件,采用双椭球热源模型,建立有限元分析模型。并采用温度记录仪与热电偶配合测量实际焊接过程中的温度循环曲线,用实际测量结果对有限元分析模型各参数进行优化、调整,使有限元分析模型的计算结果更接近于实际情况,确保该有限元分析模型的准确性与可行性。并利用该有限元分析模型,分别对不同焊接电流和焊接速度下的焊接温度场进行了数值模拟研究及对比验证。结果表明:在所选工艺参数下,采用双椭球热源模型,对8mm厚的AZ31B变形镁合金变极性等离子焊接温度场的有限元模拟是可行的。 焊接热循环过程是影响焊接接头组织、性能的关键因素,而焊接热模拟技术通过模仿焊接热影响区热循环过程进行焊接热影响区组织性能研究。本文通过有限元分析模型的计算结果制定热模拟实验方案,进行Gleeble热模拟实验,结果表明:热循环曲线峰值温度超过450℃左右时,晶粒有明显长大倾向,硬度、抗拉强度有下降趋势。热循环曲线峰值温度在270℃左右时,变形组织发生了再结晶,晶粒出现细化带,硬度、抗拉强度较高。


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