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第一篇铝合金焊接论文范文参考：Plasma-MIG电弧耦合机制及2219铝合金焊接工艺研究
2219铝合金为Al-Cu系高强铝合金,由于其具有良好的力学性能,是制造火箭贮箱的理想材料之一.针对常规熔化极惰性气体保护焊（MIG）焊接2219铝合金气孔多、焊接接头质量差、焊接效率低等问题,本文以Plasma-MIG复合热源耦合机制及对应的焊接工艺为研究对象,采用实验研究及理论计算的方法,系统的研究复合热源焊接条件下,外层等离子弧与内层MIG弧的相互耦合机理、复合电弧特性、复合电弧光谱诊断、熔滴的受力模型.通过研究揭示了复合电弧空间温度分布规律,复合电弧耦合机理及各参数对于焊缝质量的影响.本研究丰富了复合热源焊接电弧理论,为2219铝合金进行稳定的高效高质量化Plasma-MIG复合焊接提供了实验基础与理论依据.
本文根据Plasma-MIG复合电弧焊要求,对焊枪进行了改进.依靠于PLC及人机工程搭建了Plasma-MIG复合电弧焊接控制系统,实现了复合电弧焊接及焊接过程控制.设计了Plasma-MIG复合电弧焊起弧过程控制程序,解决了复合电弧难起弧的问题.
本文利用光谱仪、高速摄像CCD、窄带滤光片、中性减光片和透镜建立了电弧光谱图谱同步采集系统,该系统能够准确的获得电弧信息.系统结构简单,具有较高的精度和采集效率.基于Bockasten三次多项式插值方法设计了离散Abel变换算法,通过将水平方向辐射强度信息恢复为径向发射系数信息,从而来获得Plasma-MIG复合电弧全信息,得到了Plasma-MIG复合电弧等温线分布.实验表明：Plasma-MIG复合电弧外层等离子弧由于受到内层MIG弧的影响,中心最高温度发生了偏移,复合电弧温度的最高区域在外层等离子弧区域.外层等离子弧与内层MIG电弧之间存在着一个明显的最低温度,该最低温度为内层MIG弧与外层等离子弧的分界区；Plasma-MIG复合电弧等温线分布趋势为先升高再降低再升高,整个电弧等温线呈中心对称分布；Plasma-MIG复合电弧,外层等离子弧由于受到喷嘴的压缩对于内层MIG弧具有一定的压缩作用.MIG电弧由于电流流入等离子弧,使得MIG弧的热作用减弱,从而降低了内部MIG电弧温度.
结合传统MIG焊接熔滴过渡力学理论,进一步分析了外层等离子弧介入所产生的熔滴受力情况的变化,建立了复合热源焊接熔滴过渡的力学物理模型.计算了不同参数下的熔滴受力,结合电弧热作用机理揭示了焊接参数与熔滴受力的内在联系.对熔滴及电弧图像、电参数的进行同步采集,对Plasma-MIG复合电弧焊接过程中的电弧特性、熔滴过渡形式,熔滴受力,复合电弧特性的影响因素,电弧熔池行为进行了系统的分析.与常规MIG焊相比,复合电弧焊接过程更稳定,可实现不同熔滴过渡形式下的无飞溅焊接.
本文设计了二次五元回归模型,系统的研究了单一焊接参数及多参数交互作用对接头抗拉强度的影响.分析结果表明：单因素的影响作用均呈现抛物线规律,焊接速度对抗拉强度影响最大,其次为熔化极电压和等离子弧电流,送丝速度对接头抗拉强度的影响最小.焊接参数范围内存在最佳工艺参数之间相互匹配,其中焊接速度和送丝速度的交互作用最强,MIG电压和焊接速度交互作用影响最小,两者为近似独立.通过对二次五元回归模型进行数学处理,优化了2219铝合金Plasma-MIG焊接工艺参数,优化后焊接接头抗拉强度为285MPa(未去除正反面余高),强度系数达到了70.3%.
本文系统的研究了2219铝合金在Plasma-MIG焊接下的热循环曲线.分析了五种参数下的高温时间、温度梯度、高温停留时间、过冷度等方面的变化规律.研究了等离子电弧对熔池运动的影响规律：等离子电弧的加入一方面抑制了电弧气氛中氢质子向液态金属溶解,另一方面改变了熔池运动形式,加快了过饱和气体的析出.当焊接参数匹配合理,焊缝中气孔缺陷明显减少,甚至消失.与常规MIG相比, Plasma-MIG复合电弧焊接改善了2219铝合金接头力学性能及焊缝组织.
第二篇铝合金焊接论文样文：5083铝合金光纤激光—变极性TIG复合焊接工艺及机理研究
5083铝合金具有优越的抗蚀性和良好的机械性能,在现代工业中有着十分广泛的应用.传统的电弧焊接热输入量大、焊接效率低,引起焊接变形大和接头软化等问题.激光焊接具有能量密度高、焊接效率高、热输入量小和焊接变形小等优势,是一种高速发展的先进焊接方法,高亮度的光纤激光器以其高光束质量、高柔性、低运行成本和维护方便等特点,逐渐成为焊接用激光器的发展方向.但由于5083铝合金具有较高的镁含量,激光焊接时存在焊接过程不稳定、焊缝成形差等缺陷.激光－电弧复合焊接综合体现了两种热源的优势,避免了单一热源的缺陷和不足,为铝合金优质高效焊接提供了一条有效的路径.变极性TIG电源是一种正、负半波电流幅值和作用时间都不对称的方波电源,在满足阴极清理作用前提下,可以最大限度的降低钨极烧损.本文采用光纤激光－变极性TIG复合焊接5083铝合金,兼具了两种热源的优点,同时又弥补了各自的不足,提高了焊接效率,改善了焊缝成形和接头质量.
本文采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius MagicWave3000job数字化焊机,对厚度为4mm的5083H116铝合金进行了光纤激光－变极性TIG复合焊接试验研究.考察了变极性参数、电弧电流和热源间距对焊接过程和焊缝成形的影响,分析了焊缝的组织性能.借助高速摄像观察焊接过程中熔池和小孔的行为,以及焊丝的熔化过渡过程,分析了上述行为对焊接过程稳定性和焊缝成形的影响规律.采用高速摄像和光谱仪记录光纤激光焊接以及复合焊接过程中羽辉和等离子体的形态与光谱信息,研究了TIG电弧对高功率光纤激光焊接羽辉的影响规律,并深入分析了其主要影响机理.
光纤激光－变极性TIG复合焊接5083铝合金能够提高焊接过程稳定性,显著改善焊缝成形,焊接速度比单光纤激光焊接提高15%以上.复合焊接消除单光纤激光焊接时咬边等缺陷,获得无气孔和裂纹的焊缝,复合焊接接头的强度和延伸率均优于单光纤激光焊接.随后,进行的光纤激光－变极性TIG复合填丝焊接研究表明,为获得稳定的焊接过程和良好的焊缝成形,焊接时应选择稳定的液桥过渡和直接过渡；通过添加填充焊丝能够消除复合焊接时存在的表面下凹的缺陷；获得成形饱满,无缺陷的焊缝,焊接接头的抗拉强度达到331MPa,为母材强度的97%,延伸率达到9.6%,比光纤激光填丝焊接和不填丝的复合焊接均有明显提高.
采用传统的激光电弧复合焊接方法以及自行设计的激光－旁路电弧复合焊接方法,研究了TIG电弧对光纤激光焊接羽辉的影响规律.高功率光纤激光焊接羽辉主要包括上端狭长羽辉和下端不规则羽辉,羽辉由大量的微粒构成,TIG电弧的引入消除了上端狭长羽辉,显著提高了激光的能量利用率,分析认为TIG电弧对光纤激光焊接羽辉的影响主要表现为电弧等离子体将羽辉中的微粒气化,降低了羽辉对激光的吸收和散射,从而提高了激光的能量利用率和焊接效率.
第三篇铝合金焊接论文范文模板：高速列车底架用铝合金焊接接头疲劳裂纹扩展特性
我国正在进行高速列车材料和制造工艺的研究,列车车体底架是列车运行时的主要承载部件之一.高速列车提速后对底架结构承载能力提出了更高的要求,其中疲劳失效是主要的问题.本文通过有限元模拟与试验分析相结合的方法,研究了高速列车底架用A7N01铝合金在MIG焊接工艺下的焊接残余应力状态及其对疲劳裂纹扩展性能的影响,并研究了焊接接头各区不同的组织结构对疲劳裂纹扩展的影响等.
为了准确模拟出高速列车底架结构的焊接残余应力,本文首先基于有限元技术研究了材料热物理-力学参量对焊接残余应力峰值的影响.得到了如下规律:随着热导率的降低与比热容、密度、热膨胀系数及弹性模量的增大,焊件中纵向残余应力峰值升高,随着热导率的降低与密度及弹性模量的增大,纵向残余应力峰值形状从*特征过渡到单峰特征.对于大多数的铝合金材料来说,对焊接残余应力峰值变化量影响较大的参量有屈服强度和热导率,而比热容、弹性模量、热膨胀系数及密度的影响略小,泊松比的影响可以忽略.在动态工作载荷作用下,底架结构的焊接残余应力将发生一定程度的松弛.采用动态应变法研究了A7N01铝合金平板焊件中的焊接残余应力在工作载荷下的松弛行为.实验结果表明:动态与静态工作载荷下,焊接残余应力发生松弛的条件都是残余应力与工作应力叠加后要达到接头材料的瞬时屈服强度.焊接残余应力松弛与载荷峰值有关,载荷峰值越大,残余应力松弛越多.对于循环硬化或循环中性的材料而言,焊接残余应力松弛与载荷循环次数无关,焊接残余应力松弛只发生在第一个循环内.这是由于应力松弛后,焊接残余应力水平降低,同时其屈服强度不会随着循环次数增加而降低,因此焊接残余应力与循环工作应力峰值之和不会再次超过瞬时屈服强度.而对于循环软化的材料来说,焊接残余应力与循环工作应力峰值之和不断超过软化后的瞬时屈服强度,那么随着循环次数的增加焊接残余应力不断发生松弛.
针对接头软化特性对纵向焊接残余应力松弛的影响进行了有限元分析,模拟结果表明:若接头发生软化,那么接头处的纵向残余应力不仅发生释放,还可能从拉应力转化成压应力,接头全面屈服后焊缝处会产生残余压应力,若接头不发生软化,接头处的纵向残余应力发生释放,但不会从拉应力转化成压应力,接头全面屈服后残余应力消除.
鉴于母材及焊丝铝合金的屈服应力在250℃以下发生应变硬化行为,在250℃以上发生应变软化行为,通过对有限元软件进行有效处理,在数值模拟中成功实现了不同硬化模型下屈服应力随温度及塑性应变的变化.模拟结果表明使用混合硬化模型下的真实屈服应力模型计算的结果比理想弹塑性屈服应力模型计算结果准确.对列车车体底架进行模拟发现,牵引梁的孔内、牵引梁中孔附近焊缝、缓冲梁翼面补强板焊缝、缓冲梁与横梁连接处焊缝为残余应力较高、工作应力波动较大的危险部位,获得了这些部位的应力水平及有效应力比.
采用数值模拟方法从力学角度对A7N01铝合金焊接接头中较大尺寸及不同形状的硬质第二相粒子对疲劳裂纹扩展的影响研究发现:较硬的第二相粒子对疲劳裂纹扩展产生双重的作用,即促进作用和抑制作用.位于裂纹尖端塑性区内的第二相粒子提高了塑性区内的应力水平,进而提高了裂纹尖端的最大应力强度因子,促进疲劳裂纹的扩展.第二相粒子对疲劳裂纹产生一定地抑制作用主要表现在以下几个方面:首先,第二相粒子使得疲劳裂纹扩展路径发生改变,提高了裂纹表面的粗糙度,粒子越大,产生的粗糙度也越大,增加了裂纹尖端的闭合效应,其次,第二相粒子与基体不协调变形,裂纹绕过粒子后,卸载过程中在裂纹尖端后方的“加塞”作用,增加了裂纹尖端的闭合效应,另外,疲劳裂纹扩展时穿过的第二相粒子尖角处基体的塑性变形也比无第二相粒子时的基体的塑性变形大,这也增加了塑性变形引起的闭合效应.裂纹闭合效应导致了裂纹扩展的有效应力强度因子范围的降低,从而在一定程度上抑制疲劳裂纹的扩展.
通过有限元法研究了疲劳裂纹尖端的焊接残余应力在塑性条件的演变,提出使用有效裂纹长度尖端的焊接残余应力与工作应力来计算K_(max)~*及ΔK_(eff)~*的方法,并提出了适合描述焊接残余应力作用下的疲劳裂纹扩展速率曲线的表达式,该公式具有较好的归一化效果.
第四篇铝合金焊接论文范例：薄板2524高强铝合金光纤激光焊接接头组织及力学性能研究
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2524铝合金是目前断裂韧性和抗损伤容限最高的新型航空高强高韧Al-Cu-Mg合金,被认为是新型大型飞机的首选蒙皮材料之一.由于节能环保的迫切需要,现代飞机制造趋向轻量化,而焊接整体结构取代传统铆接连接结构是实现机身减重的重要手段.激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、热输入小、焊接变形小等优点,而高亮度光纤激光器是未来激光焊接的主流器件,为实现高速、高效、高质量的航空高强铝合金焊接整体连接件提供了新机遇.但迄今为止鲜有关于2524铝合金激光焊接研究的相关报道,因此深入开展2524高强铝合金激光焊接接头的显微组织及力学性能研究十分必要.本文采用光纤激光焊接薄板2524高强铝合金,详细研究了焊接参数和表面状态对合金焊接裂纹敏感性的影响,考察了焊接参数、表面状态以及焊丝成分对接头力学性能和组织的影响,对2524高强铝合金激光焊接接头的焊缝、熔合区以及热影响区的组织演变也进行了深入研究.
本文考察2524铝合金光纤激光自熔焊的焊接性.结果表明：薄板2524铝合金光纤激光焊接气孔倾向很小,但裂纹倾向大.焊接裂纹均呈高温开裂特征,裂纹包括纵向裂纹、横向裂纹和少量液化裂纹.表面状态显著影响焊缝组织及合金焊接裂纹倾向.合金表面包铝层的存在稀释焊缝合金元素,减少共晶数量,减弱裂纹“愈合”,结晶裂纹倾向大；包铝层表面氧化膜在焊接时卷入熔池,细化焊缝组织,促进晶界共晶分布不连续,降低结晶裂纹倾向.
本文研究了含稀土Er和变质元素Zr的Al-Mg焊丝对焊缝组织的影响,获得了无缺陷的焊接接头.研究表明：焊缝主要由先生α-Al和晶界α(Al)+S(Al2CuMg)/θ(CuAl2)共晶组成,在α-Al晶内存在少量S/θ相和准晶相.添加5087/5E06焊丝引入Zr/Er元素,Al3Zr/Al3Er等成为异质形核核心,细化了晶粒尺寸,打乱了枝晶生长方向；焊接熔池Mg含量增多,提高了晶界低熔点共晶数量,减小2524铝合金激光焊接热裂纹倾向.
本文研究了表面状态对熔合区的组织特征、接头成形及力学性能的影响.研究表明：熔合区内溶质元素析出形成粗大棒状S/θ相,而晶内原有析出相及晶界出现液化现象,形成贫溶质区,成为接头最薄弱环节.表面状态影响接头成形和贫溶质区宽度,进而影响接头拉伸断裂模式及力学性能.合金表面包铝层的存在改变熔合区与焊缝的边界线的曲率,拉伸时虽以熔合区起裂但沿焊缝柱状枝晶区扩展,最终沿熔合区扩展断裂；去包铝层状态接头始终沿熔合区发生断裂,呈塑性断裂特征.包铝层表面氧化膜的存在,增加焊接熔池表面张力,增大焊缝成形系数,增大焊缝晶界离异共晶比例,接头强度及延伸率减小,拉伸裂纹在焊缝柱状枝晶区扩展断口呈准解理断裂；去除包铝层减小试样厚度,增大单位厚度热输入,焊缝成形系数更小,最大贫溶质区宽度更小,接头强度及延伸率增大,且断裂始终发生于熔合区,呈塑性断裂特征.
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本文研究了填充焊丝成分对熔合区的组织特征、接头成形及力学性能的影响.研究表明：填充5E06焊丝的接头强度及延伸率高于填充5087焊丝接头.5E06焊丝微合金元素比例更高,利于提供更多的异质形核核心,进一步细化焊缝晶粒尺寸；Mg元素含量更高,减小焊接熔池表面张力,降低焊缝成形系数,同时增大对激光能量的吸收,增大焊缝熔宽,减小最大贫溶质区宽度,但提高焊缝晶界离异共晶数量.填充5E06焊丝去包铝层状态的接头强度系数达到85%,延伸率达5%.
本文揭示了2524-T3激光焊接热影响区组织演化规律,并根据组织特点,将热影响区细分为液化区、回归强化区、过时效软化区及二次时效强化区.结果表明：在液化区,溶质元素析出形成大量亚微米级圆形S/θ相,而晶内原有沉淀相及晶界出现液化,形成贫溶质区；在回归强化区,原有GPB区溶解、溶质元素重新偏聚形成新的GPB区,显微硬度与母材基本相当；在过时效区,原有GPB区过度长大成为短棒状亚纳米尺寸S相,造成较小程度软化；在二次时效强化区,原有GPB区演变成细小的针状S’相,起析出强化,硬度高于母材.
第五篇铝合金焊接论文范文格式：6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能研究
随着高速铁路技术的发展,铝合金在高速动车组列车制造中得到了越来越多的应用.作为轨道车辆生产制造的核心技术,铝合金的焊接技术直接影响车辆的质量、生产成本和行车安全.然而,使用传统的熔化焊方法焊接铝合金存在的主要焊接性问题为：焊缝中的气孔、焊接热裂纹、接头变形及软化等.这些焊接性问题与铝合金的物理性质等因素有关,很难得到根本的解决,这一定程度上制约了铝合金在高速列车制造中的更广泛的应用.搅拌摩擦焊（FSW）是一种新型的固相连接技术,被认为是解决铝合金焊接性问题最为有效的方法之一.因此,开展高速列车用6005A-T6铝合金FSW接头的组织与性能研究,具有重要的理论意义和实用价值.
本文首先系统、深入地研究了6005A-T6铝合金FSW接头的组织与性能特点.研究结果表明,6005A-T6铝合金FSW接头可分为焊核区（NZ）、热机械影响区（TMAZ）、热影响区（HAZ）和母材（BM）.BM组织呈纤维状,晶粒内部分布着大量细小的针状β',',相,β',',与-Al基本呈共格关系,在BM晶界上连续地分布着单质Si相和Q相,沿晶界存在较宽的沉淀无析出带（PFZ）.NZ在FSW过程中经历了动态再结晶,同时还有沉淀相的溶解.TMAZ的突出特点为沿一定方向弯曲变形的晶粒,基体中存在着高密度的位错.在NZ和TMAZ的晶界上仅存在极少量的单质Si相.HAZ的微观组织是不均匀的,靠近TMAZ的HAZ（记为HAZ1）中为较均匀的近等轴晶粒,而靠近BM的HAZ（记为HAZ2）晶粒仍具有纤维状特点.HAZ晶粒内部的主要沉淀相为棒/板状β',相、板状Q',相和针状β',',相,β',相和Q',相与-Al基体呈半共格关系.随着距焊缝中心距离减小,HAZ中β',',相减少而β',相和Q',相增多且明显粗化.HAZ晶界上非连续地分布着单质Si和Q相,晶界两侧的PFZ宽度有所减小.6005A-T6铝合金FSW接头的显微硬度分布呈W型.BM具有最高的硬度值,NZ的硬度较TMAZ更高,硬度最小值位于HAZ1内,随着距焊缝中心距离的增加,HAZ硬度显著升高.显微硬度的变化主要与晶内沉淀相的种类、尺寸和密度有关.拉伸性能测试结果表明,FSW接头的抗拉强度可达到母材强度的70%以上,延伸率可达母材的75%以上.FSW接头具有较母材更高的抗晶间腐蚀性能.母材晶界大量的第二相（单质Si相和Q相）与两侧的PFZ易形成原电池,导致其抗晶间腐蚀性能明显降低.NZ晶界上的第二相明显减少,因此显著提高了其抗晶间腐蚀性能.
较系统地研究了焊接参数（焊接速度、旋转速度、下压量）和焊后时效处理对6005A-T6铝合金FSW接头微观组织及力学性能的影响规律.焊接速度的增大、搅拌头旋转速度的减小或下压量的降低,将导致焊接热输入减小,NZ和HAZ1晶粒细化,HAZ1沉淀相（β',相和Q',相）有细化的趋势,NZ硬度略有升高；反之则焊接热输入增大,NZ和HAZ1晶粒粗化,HAZ1沉淀相（β',相和Q',相）有粗化的趋势,NZ硬度略有降低.不适当的焊接参数导致产生孔洞、飞边等焊接缺陷,明显影响接头的拉伸性能及焊接质量.焊后自然时效处理对接头组织及硬度具有一定的影响.随着时效时间的延长,NZ和TMAZ发生自然时效现象,由过饱和固溶体→团簇→GP区,宏观表现为硬度的逐渐提高,而HAZ的组织和硬度在自然时效过程中无明显变化.焊后人工时效处理可使基体中固溶的溶质原子以沉淀相的方式析出,因此有利于提高接头的整体硬度水平和抗拉强度.优化焊接参数是提高接头力学性能的有效途径.采用二次回归正交试验方法优化的6005A-T6铝合金FSW参数为：焊接速度370mm/min,搅拌头旋转速度为1381r/min,下压量为0.11mm,FSW接头的抗拉强度计算值为222.4MPa,FSW接头抗拉强度的试验值为212.7MPa,计算值与试验值的误差为4.36%.
依据粘着摩擦机制,建立了FSW过程的产热方程,计算表明,在FSW过程中对产热的贡献依次为轴肩凹端面（83.9%）、搅拌针侧面（11.0%）、轴肩外侧面（2.7%）、搅拌针底端面（2.4%）.因此,在温度场的有限元模拟计算时考虑轴肩外侧面的产热作用是必要的.在此基础上,通过ANSYS有限元模拟软件对FSW热过程进行了数值模拟分析.数值模拟得到的FSW接头不同位置的热循环曲线与实测结果基本吻合,并且能够较好的反映出焊接参数对接头温度场的影响规律.
根据6005A-T6铝合金FSW接头沉淀相形貌的研究结果,将沉淀相形貌假定为更接近于实际情况的圆柱形,以析出热力学、生长动力学和强化理论为基础,建立了6005A铝合金组织演变模型和强化模型,从而实现了6005A-T6铝合金FSW接头组织的定量描述及接头显微硬度分布的预测,预测结果与试验结果基本一致.
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