在汽車(chē)領(lǐng)域中,輕量化設(shè)計(jì)是解決可再生能源不足問(wèn)題的良好途徑,采用更為輕便的鋁合金代替鋼材成為近些年汽車(chē)輕量化領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。但由于鋁合金具有熔點(diǎn)低,易氧化等特性,導(dǎo)致傳統(tǒng)熔化焊形成的焊點(diǎn)質(zhì)量較差,而攪拌摩擦焊作為一種固相焊接技術(shù),完美克服了熔化焊中再結(jié)晶過(guò)程產(chǎn)生的缺陷,但現(xiàn)階段缺乏能夠準(zhǔn)確描述攪拌摩擦點(diǎn)焊全過(guò)程的瞬態(tài)熱輸入模型。因此本文基于攪拌摩擦點(diǎn)焊全過(guò)程,建立新型瞬態(tài)輸入熱源模型,利用此模型表征焊接各項(xiàng)參數(shù)與焊點(diǎn)成型的內(nèi)在聯(lián)系,并利用攪拌摩擦點(diǎn)焊焊接實(shí)驗(yàn)對(duì)模型的可靠性加以驗(yàn)證,旨在明確焊接過(guò)程溫度場(chǎng)變化,探究焊點(diǎn)成型機(jī)理及優(yōu)化焊接工藝及焊點(diǎn)力學(xué)性能。具體內(nèi)容如下:首先,本文基于攪拌摩擦點(diǎn)焊全過(guò)程建立了新型瞬態(tài)輸入熱源模型。通過(guò)確定摩擦假設(shè)、屈服準(zhǔn)則等基礎(chǔ)假設(shè),得出了攪拌針各部分的生熱功率方程,結(jié)合實(shí)際焊接條件確定均布面熱源與雙橢球體熱源的作用邏輯,提出了針對(duì)于攪拌摩擦點(diǎn)焊下壓,停留,冷卻三個(gè)階段的新型瞬態(tài)輸入熱源模型,并結(jié)合二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于焊接過(guò)程的仿真。其次,本文進(jìn)行了攪拌摩擦焊焊接實(shí)驗(yàn),為仿真模型的準(zhǔn)確性提供依據(jù)。選擇乘用車(chē)常用的2mm厚的6061-T6鋁合金板材,并匹配合適... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

攪拌摩擦焊原理圖

第1章緒論3圖1.1攪拌摩擦焊原理圖1.2.2攪拌摩擦點(diǎn)焊分類(lèi)攪拌摩擦點(diǎn)焊的技術(shù)原理基本類(lèi)似于帶有橫向移動(dòng)的攪拌摩擦焊技術(shù)，同為借助攪拌頭與材料的摩擦生熱使材料發(fā)生軟化并伴隨塑性流動(dòng)進(jìn)而形成焊點(diǎn)，但并無(wú)沿工件水平移動(dòng)的過(guò)程。按照工藝實(shí)現(xiàn)方式不同，攪拌摩擦點(diǎn)焊主要分為以下幾種[19]：（1）常規(guī)攪拌摩擦點(diǎn)焊常規(guī)攪拌摩擦點(diǎn)焊是由日本馬自達(dá)等公司研究發(fā)明的點(diǎn)焊工藝[20]。由攪拌摩擦縫焊過(guò)程中簡(jiǎn)化而來(lái)的。但在整個(gè)焊接過(guò)程中攪拌頭不沿焊接試件的平面移動(dòng)，焊接結(jié)束后攪拌頭直接豎直向上離開(kāi)焊點(diǎn)。攪拌摩擦點(diǎn)焊不僅適用于對(duì)焊，也可以應(yīng)用于搭焊，如圖1.2所示[21-22]，但由于在攪拌摩擦焊結(jié)束時(shí)刻攪拌頭要脫離材料，這樣就會(huì)在焊接結(jié)束的焊點(diǎn)留下一個(gè)匙孔，這會(huì)令成型的焊點(diǎn)中心處的橫截面積大大減小，進(jìn)而會(huì)削弱焊點(diǎn)的力學(xué)性能，同時(shí)也影響美觀。圖1.2常規(guī)攪拌摩擦點(diǎn)焊基本過(guò)程

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文4（2）擺動(dòng)式攪拌摩擦點(diǎn)焊常規(guī)攪拌摩擦點(diǎn)焊具有設(shè)備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，但如前文所說(shuō)，常規(guī)攪拌摩擦點(diǎn)焊過(guò)程會(huì)因?yàn)橛袛嚢栳樀拇嬖诙诤附又罅粝鲁卓�，這樣會(huì)使接頭中心處橫截面積變小，不僅美觀程度下降同時(shí)也會(huì)降低力學(xué)性能。為增加焊點(diǎn)中心處的橫截面積，提出了擺動(dòng)式攪拌摩擦點(diǎn)焊這一方法，如圖1.3所示[23-24]為方法的示意圖。在這種方法中，攪拌頭在自身旋轉(zhuǎn)的同時(shí)在一個(gè)事先設(shè)定好的軌道內(nèi)平移，類(lèi)似于“自轉(zhuǎn)”與“公轉(zhuǎn)”最終回到中心。但與攪拌摩擦縫焊不同的是其“公轉(zhuǎn)”軌道區(qū)域相對(duì)較校利用這種方式增加了被攪拌材料的范圍，焊點(diǎn)的截面積增加，從而提高了接頭的力學(xué)性能，但缺點(diǎn)是焊點(diǎn)中心仍然存在攪拌頭退出形成的匙孔。此外，當(dāng)輸入不同的攪拌頭“公轉(zhuǎn)”行進(jìn)軌跡時(shí)，同樣會(huì)得到成形性能不同的擺動(dòng)式攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭。圖1.3擺動(dòng)式攪拌摩擦點(diǎn)焊基本過(guò)程（3）回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊擺動(dòng)式攪拌摩擦點(diǎn)焊能夠通過(guò)增加焊點(diǎn)處攪拌材料的范圍提高接頭力學(xué)性能，但該方法需要有能精確控制攪拌頭做復(fù)雜運(yùn)動(dòng)與精確路徑行的焊接設(shè)備，同時(shí)還要給出能夠性能良好焊點(diǎn)性能的運(yùn)動(dòng)路徑。滿足以上條件才有可能獲得良好力學(xué)性能接頭，且白洞石攪拌摩擦點(diǎn)焊在焊點(diǎn)中心處同樣留有匙孔。針對(duì)匙孔的問(wèn)題，德國(guó)GKSS研究中心提出了回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊，基本原理如圖1.4所示[25-26]。在該方法中所采用的攪拌頭的攪拌針和軸肩（攪拌套筒）是獨(dú)立的兩部分以實(shí)現(xiàn)分別進(jìn)行控制。開(kāi)始階段：攪拌針與軸肩共同向下移動(dòng)，過(guò)程與普通攪拌摩擦點(diǎn)焊相同；回填階段分為兩種方式：攪拌套筒下壓攪拌針回填與攪拌針下壓攪拌套筒回填。圖1.4中展示的為前者，后者的工序中b、c兩道工序順序相反；回撤階段：軸肩與攪拌針回歸最?

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碩士論文
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本文編號(hào)：3111087