顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的電子束焊接工藝及數(shù)值模擬.pdf

1、顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于具有重量輕、比強(qiáng)度和比模量高、熱膨脹系數(shù)小、耐高溫、耐磨、抗腐蝕和尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在航空航天、汽車、電子和兵器等許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，成為當(dāng)今材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。為了加快該類材料在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，研究開發(fā)合適的焊接技術(shù)十分重要。然而，由于復(fù)合材料的基體金屬與增強(qiáng)相之間的物理和化學(xué)性質(zhì)相差較大，因此，采用常規(guī)的熔化焊方法很難獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭。相比而言，電子束焊接方法由于具有能量高度集中、熱

2、循環(huán)速度快和工件熱輸入小等特點(diǎn)，用于SiCp/Al復(fù)合材料焊接時(shí)，可在一定程度上減少基體Al合金與增強(qiáng)相SiC顆粒之間的界面反應(yīng)，避免對增強(qiáng)相造成大的損傷。基于此，開展顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的電子束焊接研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文中研究的主要內(nèi)容有：選用雙橢球函數(shù)分布的熱源模型，對焊接過程中的溫度和應(yīng)力分布進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)模擬，模擬分析結(jié)果為焊接工藝的改進(jìn)和工藝參數(shù)優(yōu)化提供理論指導(dǎo)；分別對SiCp/101Al、A

3、l2O3p/6061Al復(fù)合材料進(jìn)行電子束焊接工藝試驗(yàn)，較深入地分析SiCp/101Al復(fù)合材料電子束焊接頭的顯微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、力學(xué)性能及斷裂特征和工藝參數(shù)對接頭組織與力學(xué)性能的影響規(guī)律，初步探討了Al2O3p/6061Al復(fù)合材料真空電子束焊接的可行性。
　　 溫度場數(shù)值模擬分析結(jié)果表明，選用雙橢球熱源模型可準(zhǔn)確地模擬出電子束焊接溫度場分布，焊接時(shí)采用低輸入功率、快速焊接可降低焊接熔池的溫度，獲得分布區(qū)域狹窄的焊縫；應(yīng)力場模擬結(jié)果

4、表明，在本文中試驗(yàn)條件下，采用電子束焊接顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料（SiCp/101Al、Al2O3p/6061Al），焊后接頭的殘余應(yīng)力值較小，對焊件結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響。對SiCp/101Al復(fù)合材料的電子束焊接工藝研究發(fā)現(xiàn)，焊接過程中采用快的焊接速度并配合使用電子束掃描﹑修飾焊，可降低焊接熔池的溫度、改善熔池金屬的流動性，大大抑制SiC/Al之間界面反應(yīng)的發(fā)生，避免接頭焊縫中出現(xiàn)SiC顆粒分布不均現(xiàn)象。對接頭進(jìn)行TEM分析表明，部分SiC/