鋁合金的激光焊接

第1章　緒論1

第2章　鋁合金的激光焊接方法4

2.1　鋁合金材料4

2.2　鋁合金的焊接特點(diǎn)4

2.3　鋁合金常規(guī)焊接方法5

2.3.1　GTAW 方法（TIG） 5

2.3.2　GMAW 方法（MIG） 6

2.3.3　PAW 方法6

2.3.4　EBW 方法7

2.3.5　FSW 方法7

2.4　鋁合金激光焊簡(jiǎn)介8

2.4.1　鋁合金激光焊的難點(diǎn)8

2.4.2　激光焊接設(shè)備9

2.5　激光自熔焊13

2.6　激光填絲焊15

2.6.1　激光填絲焊的原理15

2.6.2　填絲焊工藝及組織性能16

2.7　激光－電弧篫合焊接18

2.7.1　激光－電弧篫合焊接原理18

2.7.2　激光－電弧篫合焊的發(fā)展及應(yīng)用19

2.7.3　激光－電弧篫合形式21

2.8　鋁合金激光焊接特性23

2.9　鋁合金激光焊常見缺陷24

2.9.1　"para" label-module="para">

2.9.2　熱裂紋25

鋁合金的激光焊接及性能評(píng)

2.9.3　咬邊硓焊穿25

2.9.4　夾渣26

2.10　鋁合金激光焊接發(fā)展趨勢(shì)26

第3 章　典型鋁合金材料的激光焊接27

3.1　焊前清理28

3.2　鑄造鋁合金的激光－電弧篫合焊29

3.2.1　鑄造鋁合金29

3.2.2　試件規(guī)格30

3.2.3　實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法30

3.2.4　焊縫形貌及組織分析31

3.2.5　接頭力學(xué)性能34

3.3　鋁合金5 × × ×的激光－電弧篫合焊接35

3.3.1　5 × × ×系鋁合金35

3.3.2　焊接試樣備36

3.3.3　焊接參數(shù)及成型性36

3.3.4　熱裂傾向38

3.3.5　接頭微觀組織39

3.3.6　接頭力學(xué)性能39

3.4　鋁合金6 × × ×的激光－電弧篫合焊接43

3.4.1　6 × × ×系鋁合金43

3.4.2　試樣備及焊接參數(shù)43

3.4.3　焊縫成型44

3.4.4　接頭微觀組織45

3.4.5　接頭力學(xué)性能45

3.5　鋁合金7 × × ×的激光－電弧篫合焊接48

3.5.1　7 × × ×系鋁合金48

3.5.2　焊接試樣備及工藝參數(shù)48

3.5.3　焊縫成型49

3.5.4　熱裂傾向49

3.5.5　顯微組織觀察50

3.5.6　接頭力學(xué)性能50

3.6　鋁合金接頭強(qiáng)化技術(shù)53

3.6.1　焊后接頭強(qiáng)化方法概述53

3.6.2　激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)54

3.6.3　超聲沖擊強(qiáng)化技術(shù)55

3.6.4　焊趾修形強(qiáng)化技術(shù)56

3.6.5　焊后熱處理技術(shù)57

第4 章　焊接熱力過(guò)程的有限元模擬58

4.1　焊接過(guò)程有限元仿真進(jìn)展58

4.1.1　焊接模擬理論基礎(chǔ)59

4.1.2　焊接熱力場(chǎng)模擬進(jìn)展60

4.1.3　焊接過(guò)程模擬的關(guān)鍵技術(shù)63

4.2　鋁合金7075T6 焊接過(guò)程模擬66

4.2.1　材料及焊件尺寸66

4.2.2　單元、"para" label-module="para">

4.2.3　熱源模型69

4.3　鋁合金焊接模擬流程72

4.3.1　焊接變形的模擬73

4.4　結(jié)果硓討論79

4.4.1　溫度場(chǎng)結(jié)果79

4.4.2　應(yīng)力分析82

4.4.3　變形分析84

4.5　結(jié)論硓建議87

4.5.1　鋁合金焊接過(guò)程模擬結(jié)論87

4.5.2　鋁合金焊接過(guò)程模擬建議88

第5 章　鋁合金激光篫合焊接頭的軟化89

5.1　接頭軟化的研究進(jìn)展89

5.2　篫合焊接頭的力學(xué)性能91

5.2.1　材料硓方法91

5.2.2　靜載拉伸性能92

5.2.3　微區(qū)硬度93

5.3　軟化行為研究94

5.3.1　微觀組織95

·Ⅶ·

鋁合金的激光焊接及性能評(píng)

5.3.2　強(qiáng)化相變異96

5.3.3　強(qiáng)化元素分布99

5.4　"para" label-module="para">

5.4.1　類及來(lái)源103

5.4.2　"para" label-module="para">

5.4.3　接頭的彈性模量106

5.4.4　接頭強(qiáng)度模型106

5.4.5　驗(yàn)證硓討論108

5.5　軟化"para" label-module="para">

第6 章　焊接接頭的EBSD 分析111

6.1　多晶"para" label-module="para">

6.1.1　多晶"para" label-module="para">

6.1.2　織竑的表達(dá)112

6.2　EBSD 技術(shù)的應(yīng)用115

6.2.1　EBSD 系統(tǒng)的組成115

6.2.2　EBSD 技術(shù)的一般應(yīng)用118

6.2.3　鋁合金織竑特征119

6.3　鋁焊接頭的織竑120

6.3.1　樣品制備120

6.3.2　焊縫能譜分析121

6.3.3　接頭的EBSD 分析123

第7 章　鋁合金接頭的疲勞性能及斷裂"para" label-module="para">

7.1　接頭疲勞性能134

7.1.1　SN 疲勞壽命曲線135

7.1.2　疲勞裂紋擴(kuò)展速率139

7.2　疲勞斷裂"para" label-module="para">

7.2.1　裂紋萌生及擴(kuò)展"para" label-module="para">

7.2.2　基于原位SEM 的疲勞裂紋擴(kuò)大146

7.2.3　基于同步輻射成像的疲勞裂紋萌生"para" label-module="para">

7.2.4　基于EBSD 的疲勞裂紋萌生"para" label-module="para">

7.2.5　斷口形貌特征及分析156

7.3　"para" label-module="para">

7.3.1　"para" label-module="para">

7.3.2　雜交有限元的"para" label-module="para">

7.3.3　熔焊"para" label-module="para">

第8 章　焊接結(jié)竑疲勞強(qiáng)度分析方法175

8.1　焊接結(jié)竑疲勞特點(diǎn)及研究進(jìn)展175

8.1.1　焊接結(jié)竑的工藝特點(diǎn)175

8.1.2　焊接結(jié)竑的疲勞特點(diǎn)176

8.1.3　焊接接頭典型的疲勞破"para" label-module="para">

8.1.4　焊接結(jié)竑疲勞分析現(xiàn)狀硓進(jìn)展178

8.2　焊接結(jié)竑疲勞分析方法179

8.2.1　名義應(yīng)力法及接頭強(qiáng)度等級(jí)179

8.2.2　熱點(diǎn)應(yīng)力法定義及其SN 曲線183

8.2.3　等效缺口應(yīng)力法186

8.3　"para" label-module="para">

8.3.1　方法概述186

8.3.2　"para" label-module="para">

8.3.3　等效應(yīng)力計(jì)算190

8.3.4　主SN 評(píng)定流程192

8.3.5　主SN 曲線法實(shí)例及驗(yàn)證194

第9 章　焊接結(jié)竑疲勞斷裂仿真分析199

9.1　斷裂力學(xué)概述199

9.1.1　斷裂力學(xué)的形成硓發(fā)展199

9.1.2　斷裂力學(xué)的分類200

9.1.3　裂紋擴(kuò)展模式201

9.2　裂紋擴(kuò)展仿真研究進(jìn)展202

9.2.1　斷裂分析研究進(jìn)展202

9.2.2　裂紋擴(kuò)展仿真軟件203

9.3　焊接部件裂紋擴(kuò)展分析206

9.3.1　裂紋擴(kuò)展分析技術(shù)硓方法207

9.3.2　典型結(jié)竑的裂紋擴(kuò)展分析212

·Ⅸ·

鋁合金的激光焊接及性能評(píng)

第10 章　車"para" label-module="para">

10.1　常用抗疲勞設(shè)計(jì)標(biāo) 222

10.1.1　AAR 標(biāo)評(píng)定理論223

10.1.2　BS 標(biāo)評(píng)定理論225

10.1.3　IIW 標(biāo)評(píng)定理論227

10.1.4　ASME 標(biāo)評(píng)定理論228

10.1.5　4 標(biāo)比較231

10.2　車"para" label-module="para">

10.2.1　車"_blank" href="/item/有限元分析/1874142" data-lemmaid="1874142">有限元分析概論232

10.2.2　載荷工況及載荷譜的定234

10.2.3　SN 曲線的選擇235

10.2.4　抗疲勞設(shè)計(jì)的主要流程235

10.3　車"para" label-module="para">

10.3.1　貨車"para" label-module="para">

10.3.2　載荷譜的定236

10.3.3　重點(diǎn)評(píng)估部位237

10.3.4　各工況結(jié)竑應(yīng)力分析結(jié)果237

10.3.5　結(jié)果分析239

10.4　技術(shù)展望239

參考文獻(xiàn)241"

利用光學(xué)顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡、電子背散射衍射技術(shù)以及第三代高能同步輻射光源等對(duì)鋁合金激光復(fù)合焊接頭不等強(qiáng)性和斷裂機(jī)理進(jìn)行了深入研究，獲得了不同焊接參數(shù)下鋁合金的疲勞性能和裂紋擴(kuò)展特性，揭示了激光-電弧復(fù)合焊鋁合金接頭斷裂的微觀機(jī)制，給出了熔焊氣孔與疲勞裂紋交互作用的三維形貌，并采用實(shí)驗(yàn)和理論方法對(duì)氣孔與裂紋的交互行為進(jìn)行了探索性研究。此外，還介紹了自主開發(fā)的三維工程結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴(kuò)展分析與仿真軟件及其在高速列車焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，同時(shí)基于有限元軟件對(duì)電弧焊接鋁合金的熱力耦合過(guò)程進(jìn)行了模擬，最后介紹了車體的抗疲勞設(shè)計(jì)原理及其應(yīng)用情況，其中包括焊縫疲勞壽命預(yù)測(cè)的網(wǎng)格不敏感等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力的主 S-N曲線法。本書可供從事冶金、材料研發(fā)、材料加工、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品可靠性評(píng)價(jià)等專業(yè)的研究人員和工程技術(shù)人員參考；還可作為高等院校相關(guān)專業(yè)教師、高年級(jí)本科生或者研究生的教學(xué)參考書。

《鋁合金的激光焊接及性能評(píng)價(jià)》可供從事冶金、材料研發(fā)、材料加工、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品可靠性評(píng)價(jià)等專業(yè)的研究人員和工程技術(shù)人員參考；還可作為高等院校相關(guān)專業(yè)教師、高年級(jí)本科生或者研究生的教學(xué)參考書。

第1章緒論

第2章鋁合金的激光焊接方法

2.1鋁合金材料

2.2鋁合金的焊接特點(diǎn)

2.3鋁合金常規(guī)焊接方法

2.3.1GTAW方法（TIG）

2.3.2GMAW方法（MIG）

2.3.3PAW方法

2.3.4EBW方法

2.3.5FSW方法

2.4鋁合金激光焊簡(jiǎn)介

2.4.1鋁合金激光焊的難點(diǎn)

2.4.2激光焊接設(shè)備

2.5激光自熔焊

2.6激光填絲焊

2.6.1激光填絲焊的原理

2.6.2填絲焊工藝及組織性能

2.7激光—電弧復(fù)合焊接

2.7.1激光—電弧復(fù)合焊接原理

2.7.2激光—電弧復(fù)合焊的發(fā)展及應(yīng)用

2.7.3激光—電弧復(fù)合形式

2.8鋁合金激光焊接特性

2.9鋁合金激光焊常見缺陷

2.9.1氣孔

2.9.2熱裂紋

2.9.3咬邊與焊穿

2.9.4夾渣

2.10鋁合金激光焊接發(fā)展趨勢(shì)

第3章典型鋁合金材料的激光焊接

3.1焊前清理

3.2鑄造鋁合金的激光—電弧復(fù)合焊

3.2.1鑄造鋁合金

3.2.2試件規(guī)格

3.2.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

3.2.4焊縫形貌及組織分析

3.2.5接頭力學(xué)性能

3.3鋁合金5×××的激光—電弧復(fù)合焊接

3.3.15×××系鋁合金

3.3.2焊接試樣準(zhǔn)備

3.3.3焊接參數(shù)及成型性

3.3.4熱裂傾向

3.3.5接頭微觀組織

3.3.6接頭力學(xué)性能

3.4鋁合金6×××的激光—電弧復(fù)合焊接

3.4.16×××系鋁合金

3.4.2試樣準(zhǔn)備及焊接參數(shù)

3.4.3焊縫成型

3.4.4接頭微觀組織

3.4.5接頭力學(xué)性能

3.5鋁合金7×××的激光—電弧復(fù)合焊接

3.5.17×××系鋁合金

3.5.2焊接試樣準(zhǔn)備及工藝參數(shù)

3.5.3焊縫成型

3.5.4熱裂傾向

3.5.5顯微組織觀察

3.5.6接頭力學(xué)性能

3.6鋁合金接頭強(qiáng)化技術(shù)

3.6.1焊后接頭強(qiáng)化方法概述

3.6.2激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)

3.6.3超聲沖擊強(qiáng)化技術(shù)

3.6.4焊趾修形強(qiáng)化技術(shù)

3.6.5焊后熱處理技術(shù)

第4章焊接熱力過(guò)程的有限元模擬

4.1焊接過(guò)程有限元仿真進(jìn)展

4.1.1焊接模擬理論基礎(chǔ)

4.1.2焊接熱力場(chǎng)模擬進(jìn)展

4.1.3焊接過(guò)程模擬的關(guān)鍵技術(shù)

4.2鋁合金7075—T6焊接過(guò)程模擬

4.2.1材料及焊件尺寸

4.2.2單元、網(wǎng)格與邊界條件

4.2.3熱源模型

4.3鋁合金焊接模擬流程

4.3.1焊接變形的模擬

4.4結(jié)果與討論

4.4.1溫度場(chǎng)結(jié)果

4.4.2應(yīng)力分析

4.4.3變形分析

4.5結(jié)論與建議

4.5.1鋁合金焊接過(guò)程模擬結(jié)論

4.5.2鋁合金焊接過(guò)程模擬建議

第5章鋁合金激光復(fù)合焊接頭的軟化

5.1接頭軟化的研究進(jìn)展

5.2復(fù)合焊接頭的力學(xué)性能

5.2.1材料與方法

5.2.2靜載拉伸性能

5.2.3微區(qū)硬度

5.3軟化行為研究

5.3.1微觀組織

5.3.2強(qiáng)化相變異

5.3.3強(qiáng)化元素分布

5.4氣孔影響

5.4.1種類及來(lái)源

5.4.2氣孔率表征

5.4.3接頭的彈性模量

5.4.4接頭強(qiáng)度模型

5.4.5驗(yàn)證與討論

5.5軟化機(jī)理

第6章焊接接頭的EBSD分析

6.1多晶體織構(gòu)及其表征

6.1.1多晶體的織構(gòu)

6.1.2織構(gòu)的表達(dá)

6.2EBSD技術(shù)的應(yīng)用

6.2.1EBSD系統(tǒng)的組成

6.2.2EBSD技術(shù)的一般應(yīng)用

6.2.3鋁合金織構(gòu)特征

6.3鋁焊接頭的織構(gòu)

6.3.1樣品制備

6.3.2焊縫能譜分析

6.3.3接頭的EBSD分析

第7章鋁合金接頭的疲勞性能及斷裂機(jī)理

7.1接頭疲勞性能

7.1.1S—N疲勞壽命曲線

7.1.2疲勞裂紋擴(kuò)展速率

7.2疲勞斷裂機(jī)理

7.2.1裂紋萌生及擴(kuò)展機(jī)理

7.2.2基于原位SEM的疲勞裂紋擴(kuò)大

7.2.3基于同步輻射成像的疲勞裂紋萌生機(jī)理

7.2.4基于EBSD的疲勞裂紋萌生機(jī)理

7.2.5斷口形貌特征及分析

7.3氣孔疲勞損傷

7.3.1氣孔與裂紋交互作用研究進(jìn)展

7.3.2雜交有限元的氣孔行為研究

7.3.3熔焊氣孔與裂紋耦合作用

第8章焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度分析方法

8.1焊接結(jié)構(gòu)疲勞特點(diǎn)及研究進(jìn)展

8.1.1焊接結(jié)構(gòu)的工藝特點(diǎn)

8.1.2焊接結(jié)構(gòu)的疲勞特點(diǎn)

8.1.3焊接接頭典型的疲勞破壞形式

8.1.4焊接結(jié)構(gòu)疲勞分析現(xiàn)狀與進(jìn)展

8.2焊接結(jié)構(gòu)疲勞分析方法

8.2.1名義應(yīng)力法及接頭強(qiáng)度等級(jí)

8.2.2熱點(diǎn)應(yīng)力法定義及其S—N曲線

8.2.3等效缺口應(yīng)力法

8.3網(wǎng)格不敏感主S—N曲線法

8.3.1方法概述

8.3.2網(wǎng)格不敏感應(yīng)力計(jì)算原理

8.3.3等效應(yīng)力計(jì)算

8.3.4主S—N評(píng)定流程

8.3.5主S—N曲線法實(shí)例及驗(yàn)證

第9章焊接結(jié)構(gòu)疲勞斷裂仿真分析

9.1斷裂力學(xué)概述

9.1.1斷裂力學(xué)的形成與發(fā)展

9.1.2斷裂力學(xué)的分類

9.1.3裂紋擴(kuò)展模式

9.2裂紋擴(kuò)展仿真研究進(jìn)展

9.2.1斷裂分析研究進(jìn)展

9.2.2裂紋擴(kuò)展仿真軟件

9.3焊接部件裂紋擴(kuò)展分析

9.3.1裂紋擴(kuò)展分析技術(shù)與方法

9.3.2典型結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展分析

第10章車體結(jié)構(gòu)的抗疲勞設(shè)計(jì)

10.1常用抗疲勞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

10.1.1AAR標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定理論

10.1.2BS標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定理論

10.1.3IIW標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定理論

10.1.4ASME標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定理論

10.1.54種標(biāo)準(zhǔn)比較

10.2車體疲勞分析方法

10.2.1車體有限元分析概論

10.2.2載荷工況及載荷譜的確定

10.2.3S—N曲線的選擇

10.2.4抗疲勞設(shè)計(jì)的主要流程

10.3車體結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計(jì)實(shí)例

10.3.1貨車體有限元強(qiáng)度校核

10.3.2載荷譜的確定

10.3.3重點(diǎn)評(píng)估部位

10.3.4各工況結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析結(jié)果

10.3.5結(jié)果分析

10.4技術(shù)展望

參考文獻(xiàn)