【摘 要】
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拼焊成形技术作为一种新型技术,被广泛的运用到了汽车零件的生产过程中。由于传统溶化焊难以焊接铝合金,本文使用搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)焊接异质铝合金。然而,采用搅拌摩擦焊焊接的拼焊板存在着成形时变形不均匀的问题,根据研究,热成形可以改善整个拼焊接头在变形时的不均匀性,从而提高拼焊板成形性。目前常用的热成形方法分为两种,一种为常规工艺流程,另一种为热成形淬火工艺(
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拼焊成形技术作为一种新型技术,被广泛的运用到了汽车零件的生产过程中。由于传统溶化焊难以焊接铝合金,本文使用搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)焊接异质铝合金。然而,采用搅拌摩擦焊焊接的拼焊板存在着成形时变形不均匀的问题,根据研究,热成形可以改善整个拼焊接头在变形时的不均匀性,从而提高拼焊板成形性。目前常用的热成形方法分为两种,一种为常规工艺流程,另一种为热成形淬火工艺(Hot Forming Quenching,HFQ?)。由于铝合金异质拼焊板在热力耦合复杂加载条件下变形不均匀,且高温下的变形规律和微观组织演化尚不明确,力学性能难以保证。本课题研究了异质铝合金拼焊接头组织热稳定性,对比研究了常规热成形和热成形淬火两种成形工艺下接头的成形性能,并研究了成形过程中接头微观组织演变,通过建立7075/2024异质铝合金接头高温本构模型得到异质接头高温变形规律并对拼焊B柱构件进行热冲压成形模拟。(1)通过实验和理论模型研究了接头组织热稳定性,发现搅拌头转速2500r/min,焊接速度50mm/min时,可以获得性能优良、组织稳定的7075/2024异质铝合金拼焊板接头。使用此焊接参数,并结合优化热处理工艺,拼焊接头具有良好的组织热稳定性,高温下不会发生晶粒异常长大,且热处理后接头抗拉强度达到母材88%。(2)采用常规热成形工艺,研究拼焊板在该工艺下的最佳成形条件与成形性,拼焊板的塑性并不是简单随着温度升高而升高,在300~450℃成形温度范围内,当温度为400℃时,7075/2024异质拼焊板接头单向拉伸延伸率最高,此时两种材料性能最接近。杯突试验结果与单向拉伸结果类似,在400℃时杯突值达到最大值23mm,且温度低于400℃时失效方式为垂直焊缝失效,而450℃时为平行于焊缝失效。(3)采用热成形淬火工艺,研究拼焊板在该工艺下的成形性,发现在单向拉伸试验中,当降温到350℃时试样延伸率最高,而在杯突试验中,当降温到400℃时杯突值最大,为12.8mm。所有杯突试样破裂均平行于焊缝,且杯突值均小于采用常规工艺成形的杯突试样。(4)为了进一步研究7075/2024异质铝合金拼焊板在高温下的变形规律,尝试建立7075/2024异质拼焊板在高温下的本构模型。用Abaqus对7075/2024接头进行高温变形模拟。用Dynaform对异质拼焊板B柱热冲压进行精度模拟,并对拼焊板进行了B柱构件热冲压实验,进行了力学性能测试。本文以汽车B柱作为工程对象,以7075/2024异质铝合金FSW拼焊板为基础,通过研究晶粒异常长大(Abnormal Grain Growth,AGG)现象的发生机理,找到可获得最佳异质接头的焊接参数和焊后热处理工艺,对比两种不同成形工艺下异质拼焊接头的成形性,研究成形过程中接头微观组织演变,以及成形后的力学性能,通过建立7075/2024异质铝合金接头本构模型并进行模拟,得到了异质接头在高温下的变形规律,对异质拼焊板B柱热冲压成形过程进行模拟,并对异质铝合金拼焊板进行了B柱构件热冲压成形,得到其力学性能,验证热成形淬火工艺在汽车工业生产中的可行性。
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