【摘 要】
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随着社会的不断进步与发展,人类对于能源的需求不断增加,为解决随之而来的资源短缺以及排放问题,提出了“轻量化”战略,其中最为有效的轻量化方式就是结构轻量化,而实行结构轻量化所必须面临的就是异种金属材料的连接问题。高速冲击连接作为最行之有效的解决方案,成为了目前的研究热点。本文以铝钢异种金属的箔片汽化冲击焊接工艺为研究对象,对异种金属的高速冲击焊接理论进行了分析总结,得出了影响连接界面形貌特征的因素,
【基金项目】
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汽车车身先进设计制造国家重点实验室开放基金,项目名称为:车身铝/钢异种材料磁脉冲焊接界面形成机理与规律;
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随着社会的不断进步与发展,人类对于能源的需求不断增加,为解决随之而来的资源短缺以及排放问题,提出了“轻量化”战略,其中最为有效的轻量化方式就是结构轻量化,而实行结构轻量化所必须面临的就是异种金属材料的连接问题。高速冲击连接作为最行之有效的解决方案,成为了目前的研究热点。本文以铝钢异种金属的箔片汽化冲击焊接工艺为研究对象,对异种金属的高速冲击焊接理论进行了分析总结,得出了影响连接界面形貌特征的因素,其中包括冲击速度、冲击角度、材料密度等参数。在对几种数值模拟算法进行了深入分析比较以后,利用光滑粒子算法(SPH)模拟分析了这些影响因素对于冲击连接界面特征的影响规律。除了冲击速度与冲击角度的影响以外,材料的密度比,屈服应力比都会对连接界面特征造成影响。在对实际实验模型进行合理简化以后,建立了二维有限元算法(FEM)和光滑粒子算法(SPH)耦合模型,大大提高了数值模拟计算的效率。结果分析表明,铝钢冲击连接界面的波形尺寸会随着冲击速度的增加而增加,而随着冲击角度的增加界面波形的波幅则会先增加后趋于平稳甚至降低。对连接界面的温度场分析表明,界面高温区域大部分分布在漩涡内部,这一结论初步确定了铝钢连接界面上可能生成金属间化合物的区域。通过对界面颗粒焊接时的运动轨迹跟踪,阐明了连接界面上嵌入颗粒产生的机理。通过对HC180钢和Al3003的箔片汽化冲击焊接实验研究,得出了放电能量、冲击角度对铝钢连接界面形貌的影响规律,随着焊接放电能量的增加,铝钢连接界面波形尺寸增加,而且当能量达到8.4KJ时,界面还会出现漩涡结构和嵌入颗粒,这一规律与冲击角度对界面形貌的影响规律类似。靠近连接界面的钢侧的母材,由于高温和剧烈的塑性变形,会在焊接过程中发生动态再结晶,从而使得界面附近晶粒明显细化,从而增强接头力学性能。通过对铝钢连接界面上漩涡结构和嵌入颗粒的电子探针(EPMA)分析,确定了漩涡结构和嵌入颗粒的元素组成含量,结果表明这些结构的内部组织为铝钢金属间化合物,从而得出了铝钢连接界面上金属间化合物的分布情况。
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