ZL201焊接接头的电磁热强化研究

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铝合金由于强度高、质量轻、耐蚀性好、无磁性等优点被广泛应用在各种焊接结构中,而铝合金比热容大、导热率高、线膨胀系数大的特点以及焊接自身的原因导致在焊接构件的内部容易产生裂纹、孔洞等缺陷。电磁热强化技术作为一种新兴的技术,不仅可以修复焊接构件内部的缺陷,同时还能提高焊接构件的力学性能。由于目前在铝合金内部缺陷的电磁热强化研究还较少,因此本文采用理论分析、实验和数值模拟相结合的方法,针对在不同焊接方式下含有内部缺陷的ZL201焊接接头进行电磁热强化研究,主要内容包括以下几个方面:  (1)借助流体力学中流体绕流理论中的平面复势函数,构造电场中的复势函数,建立含孔洞缺陷的理论分析模型,推导出脉冲放电瞬间孔洞附近的电流密度和温度场分布公式,通过算例分析求解出孔洞附近某一点在脉冲放电瞬间的温度变化曲线。  (2)通过TIG焊制备了ZL201焊接接头试件,在ZL-2型脉冲放电装置上完成了脉冲放电实验,通过对未放电和已放电试件的力学性能、断口形貌、EDS点成分、金相组织和显微硬度进行对比分析,探讨了强脉冲电流对含内部缺陷的ZL201焊接接头的强化作用机理。  (3)通过FSW焊制备了ZL201焊接接头试件,在不同的放电电压下进行了电磁热强化试验,通过对未放电和已放电的试件进行冲击韧性测试、断口分析、金相分析和显微硬度实验,研究了放电参数对ZL201焊接接头组织及性能的影响规律。  (4)对FSW焊制备的试件进行了电磁热强化的数值模拟,建立了含孔洞缺陷的有限元分析模型,求解了不同放电电压下的电流密度、焦耳热、温度场以及应力场的分布,为进一步分析实验结果进行了补充。  本文从理论、实验和数值模拟三个方面对不同焊接形式下含有缺陷的ZL201焊接接头进行了电磁热强化研究,研究结果表明:电磁热强化技术能够提高焊接接头的力学性能和冲击韧性,扩展了电磁热强化技术在焊接领域的应用和发展。
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