電動(dòng)汽車的發(fā)展需求將輕量化提升至更高的優(yōu)先級,拓展高性能鋁鎂合金的應(yīng)用是車身框架減重的關(guān)鍵解決途徑。現(xiàn)階段鋁薄壁焊接總成主要采用熔焊手段,存在著裂紋傾向大、變形大以及高能耗下制造成本較高等一系列問題,電阻焊（RSW）接頭通常成為車輛結(jié)構(gòu)的薄弱位置。攪拌摩擦點(diǎn)焊（FSSW）具有固相低溫融合和對合金壁面不敏感的優(yōu)勢,是一種適合鋁薄板連接的方法。目前相關(guān)報(bào)道多偏重于材料學(xué)方向,缺乏面向汽車制造和服役場景中的工程應(yīng)用考量,對接頭力學(xué)性能的工藝影響機(jī)理尚不明晰,導(dǎo)致車用工況下失效預(yù)測匱乏及抗裂性不足。本文圍繞汽車薄壁接頭在各制造環(huán)節(jié)中加工因素對成型性能的影響,從基材特性、參數(shù)設(shè)計(jì)、成形過程、焊后組織以及服役連接性能方面,較系統(tǒng)地開展了車用鋁薄壁摩擦點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能機(jī)理研究,旨在為車輛焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)與失效預(yù)測提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和方法支持。論文首先研究了典型車用鋁合金5052H32和6061T6的材料力學(xué)性能。揭示了其應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)變率耦合影響下的本構(gòu)響應(yīng)規(guī)律,發(fā)現(xiàn)合金流變應(yīng)力主要受應(yīng)變強(qiáng)化控制,斷裂應(yīng)變?nèi)Q于應(yīng)變率水平,沖擊變形能顯著增加。對合金彈塑性變形、損傷演化及韌性斷裂分別開發(fā)出有效的力學(xué)表征... 

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【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

乘用車燃油消耗與整備質(zhì)量關(guān)系

第1章緒論1第1章緒論1.1輕量化車身結(jié)構(gòu)的材料與連接技術(shù)面向新能源汽車的發(fā)展需求，電動(dòng)汽車的開發(fā)引發(fā)了整車制造的新變革。作為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和提高動(dòng)力性的重要手段，輕量化是汽車設(shè)計(jì)與制造中持續(xù)攻關(guān)的共性關(guān)鍵課題。據(jù)了解，當(dāng)汽車整備質(zhì)量每下降10%，可減少6%～8%的油耗以及4%的尾氣排放[1]，如圖1.1所示。并且隨著電動(dòng)化趨勢下車用動(dòng)力電池能量密度的制約，續(xù)航里程對質(zhì)量變化更為敏感，由圖1.2中某純電動(dòng)物流車型的里程影響關(guān)系所表明[2]，對輕量化的需求被提升至更高的優(yōu)先級。由于車身骨架約占整備質(zhì)量35%，因此成為破解輕量化的重點(diǎn)區(qū)域，其中，結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)和增加輕質(zhì)材料的使用比例被視為是行之有效的解決路徑，對高性能、高可靠性的輕量化零部件的要求越發(fā)迫切[3]。圖1.1乘用車燃油消耗與整備質(zhì)量關(guān)系圖1.2純電動(dòng)物流車?yán)m(xù)駛里程與質(zhì)量關(guān)系乘用車的承載式白車身框架主體由結(jié)構(gòu)件、加強(qiáng)件和覆蓋件構(gòu)成，采用單一材料制造整車結(jié)構(gòu)顯然是不可行的，綜合考慮輕量化效果、材料成形性、成本及強(qiáng)度安全性等多方面因素，針對特定部件使用特定材料成為可行的解決方案，追求“正確的材料用于正確的載荷分配”[4]。當(dāng)前，符合主流發(fā)展趨勢的多材料車身大量應(yīng)用了強(qiáng)度或剛性更高的輕質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼材，諸如高強(qiáng)鋼、鋁鎂合金、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等，這需要對新材料的性能和應(yīng)用條件有更全面深入的認(rèn)識和把控。相應(yīng)地，材料匹配方式也由單一的鋼-鋼連接向鋁-鋁、鋼-鋁等多組合方式轉(zhuǎn)變[5]。

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文2鋁合金由于其高耐蝕性、高比強(qiáng)度和可回收性特點(diǎn)成為汽車輕量化的重要原材料之一，車身用鋁主要涵蓋薄壁板材、擠壓型材以及鑄鍛件�；阡X材的合理運(yùn)用，奧迪、捷豹以及國內(nèi)的蔚來、奇瑞等汽車廠商已先后開發(fā)出全鋁車身和鋼-鋁混合車身，其中一款典型鋁鎂合金車身框架的材料應(yīng)用分布如圖1.3所示。其中，AA5052和6061以其較優(yōu)異的成形性在汽車工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用，根據(jù)它們不同程度的成形極限和熱處理狀態(tài)分別適用于沖壓鈑金件和結(jié)構(gòu)件[6,7]，壁厚范圍由0.8~3.2mm不等。由此，零部件連接不僅涉及鋁同材間的接合情況，同時(shí)涉及到不同系列牌號的鋁材間以及鋼-鋁異質(zhì)接合情況。圖1.3車身框架中的多種鋁鎂合金材料應(yīng)用多材料混用的車身結(jié)構(gòu)不再采用點(diǎn)焊作為結(jié)構(gòu)連接的唯一方法，而是依據(jù)被連接基材的物化屬性以及連接工藝的原理、技術(shù)優(yōu)勢來選擇焊接、膠粘、鉚接等冶金或機(jī)械連接方法及其復(fù)合形式[8,9]，所成接頭在復(fù)雜工況載荷下的失效以及與被連接子結(jié)構(gòu)和材料的交互作用機(jī)理較為復(fù)雜。點(diǎn)連接形式中，鉚接相比于點(diǎn)焊存在以下缺陷：1）破壞母材整體性，降低承載能力[10]；2）鉚釘存在增加系統(tǒng)質(zhì)量；3）生產(chǎn)制造中存在強(qiáng)噪音污染。焊接作為主導(dǎo)組拼裝方式，常見工藝包括電阻點(diǎn)焊（RSW,ResistanceSpotWelding）、激光焊、熔化極惰性氣體保護(hù)焊以及摩擦焊等。對于鋁合金而言，內(nèi)在的物理化學(xué)性質(zhì)導(dǎo)致其高溫焊接的可融合性較差[11]，電阻熔焊結(jié)構(gòu)主要存在以下問題：（1）表層致密的Al2O3薄膜熔點(diǎn)極高，導(dǎo)電性極差，極大的接觸電阻產(chǎn)生較多的熱量，而Al具有低熔點(diǎn)特性因而易在接觸面上引起嚴(yán)重飛濺，該現(xiàn)象將帶走部分熱量和熔化金屬，引起熔核直徑波動(dòng)較大，對焊接質(zhì)量極為不利；（2）Cu電極易與Al發(fā)生共晶反應(yīng)以致電?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]汽車車身鋁板材料回填式攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)試驗(yàn)研究[J]. 王征征,王子欣,崔穎,周林柱,李金寶,周明文,劉國山.  汽車工藝與材料. 2019(12)
[2]攪拌針形狀對Al-Mg-Si合金攪拌摩擦焊過程中材料流動(dòng)和力學(xué)性能的影響（英文）[J]. Krishna Kishore MUGADA,Kumar ADEPU.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(11)
[3]汽車碰撞安全與輕量化研發(fā)中的若干挑戰(zhàn)性課題[J]. 周青,夏勇,聶冰冰,黃毅,賴興華.  中國公路學(xué)報(bào). 2019(07)
[4]輕量化對電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的影響研究[J]. 尚勇.  時(shí)代汽車. 2019(07)
[5]鋁合金薄板攪拌摩擦焊搭接界面缺陷與接頭性能[J]. 劉偉,熊江濤,趙華夏,欒國紅,李京龍.  焊接學(xué)報(bào). 2018(10)
[6]Microstructure and mechanical optimization of probeless friction stir spot welded joint of an Al-Li alloy[J]. Q.Chu,W.Y.Li,X.W.Yang,J.J.Shen,A.Vairis,W.Y.Feng,W.B.Wang.  Journal of Materials Science & Technology. 2018(10)
[7]基于各向異性GTN模型的鋁合金損傷參數(shù)確定[J]. 肖晉,胡玉梅,金曉清,陳敏治,周迎娥,邵金華.  機(jī)械強(qiáng)度. 2018(05)
[8]鋁合金攪拌摩擦焊接頭的組織缺陷與工藝參數(shù)關(guān)系的研究[J]. 孫金睿,朱海,于洪河,關(guān)平,孫龍.  熱加工工藝. 2018(13)
[9]Refill friction stir spot welding of 5083-O aluminum alloy[J]. Zhiwu Xu,Zhengwei Li,Shude Ji,Liguo Zhang.  Journal of Materials Science & Technology. 2018(05)
[10]基于CEL方法攪拌摩擦焊材料流動(dòng)及缺陷的模擬[J]. 朱智,王敏,張會(huì)杰,張驍,于濤,吳振強(qiáng).  中國有色金屬學(xué)報(bào). 2018(02)

博士論文
[1]6005A-T6鋁合金攪拌摩擦焊接頭的組織與性能研究[D]. 董鵬.吉林大學(xué) 2014
[2]鋁合金攪拌摩擦點(diǎn)焊過程及其動(dòng)態(tài)再結(jié)晶數(shù)值模擬[D]. 高增.河南理工大學(xué) 2012
[3]焊點(diǎn)排布對結(jié)構(gòu)耐撞性影響的研究和應(yīng)用[D]. 武雪原.清華大學(xué) 2010
[4]6063鋁合金薄板攪拌摩擦焊接工藝及機(jī)理的研究[D]. 李兵.東北大學(xué) 2009

碩士論文
[1]6082-T6鋁合金雙軸肩攪拌摩擦焊接頭微觀組織及力學(xué)性能的研究[D]. 劉亮.吉林大學(xué) 2019
[2]AZ31B鎂合金準(zhǔn)靜態(tài)下應(yīng)力三軸性對斷裂行為的影響[D]. 廖解放.西南科技大學(xué) 2017
[3]基于拓?fù)鋬?yōu)化的汽車車身焊點(diǎn)布置優(yōu)化研究[D]. 于晨.大連理工大學(xué) 2017
[4]6082-T6鋁合金電子束焊接工藝及其接頭組織與性能[D]. 羅傳孝.南京航空航天大學(xué) 2013
[5]基于Gurson模型的高強(qiáng)鋼塑性斷裂行為研究[D]. 楊禎.天津大學(xué) 2012
[6]汽車正碰有限元仿真分析精度影響因素研究[D]. 謝斌.湖南大學(xué) 2011
[7]5052鋁合金攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝及組織性能研究[D]. 張家龍.天津大學(xué) 2009



本文編號：3560786