2024-O铝合金FSW拼焊板成形性能研究

利用杯突试验方法测试了2 mm厚2024-O铝合金母材及搅拌摩擦焊拼焊板焊态和焊后退火态的杯突值,并利用ABAQUS数值模拟方法研究了杯突过程中试样应力和应变的分布特征,结合焊接接头的显微硬度测试和微观组织观察结果,讨论了影响拼焊板成形性能的主要原因。杯突试验结果表明,母材、焊态和焊后退火态拼焊板杯突值分别为11.53 mm、8.23 mm和10.49 mm。杯突试验过程的数值模拟结果表明,等效塑性应变最大位置是杯突试样的薄弱区,该区减薄率最大,是裂纹的起裂位置,这与杯突试验中裂纹出现的位置一致。在搅拌摩擦焊接过程中的热-机械作用下,焊核区Al基体发生动态再结晶导致的细晶强化以及Al_2CuMg相发生溶解产生的固溶强化是焊态接头焊核区显微硬度升高的主要原因。焊后退火处理过程中,焊核区Al基体晶粒尺寸增加以及从过饱和Al基体中脱溶析出的Al_2CuMg相发生粗化,导致退火态接头焊核区显微硬度明显下降。降低焊核区与周围金属的力学性能差异能够有效提高焊缝与周围金属的协同变形能力,进而提高拼焊板的成形性能。     

拼焊板成形极限研究进展

板料厚度和性质差别以及焊缝的存在改变了传统的单一板材塑性成形中的金属流动规律,使得拼焊板成形极限表现出自己的特点.当前国外学者初步研究了材料厚度比、载荷形式、轧制方向等若干因素对拼焊板成形极限的影响规律;拼焊板的成形极限图目前主要通过实验法建立.拼焊板成形极限的主要影响因素及其影响规律、拼焊板成形极限图的建立方法有待深入研究.     

基于人工神经网络的拼焊板成形极限图预测

成形极限图(FLD)是评价金属板材成形能力的重要工具。为快速的建立拼焊板(TWB)成形极限图,建立基于人工神经网络(ANN)拼焊板FLD的预测模型。采用试验设计和有限元法获得训练样本,L-M算法对样本数据进行训练,建立了FLD预测模型并与物理试验结果对比。基于预测模型,分析了摩擦系数对拼焊板最小极限应变的影响。结果表明,基于ANN预测的拼焊板FLD与试验结果吻合,主应变的相对误差最大为8.71%。摩擦系数f对最小极限应变影响较大,f从0增大到0.12时,最小极限应变先增大后减小,并在摩擦系数f=0.06附近出现极小值。     

铝合金拼焊板充液成形技术研究

铝合金拼焊板充液成形技术是拼焊板成形技术和充液成形技术的综合运用,兼具了这2种先进成形技术的双重优点,在汽车、航空航天等领域具有广泛的应用前景。介绍了铝合金拼焊板焊接方法、激光焊接的特点与难点,探讨了拼焊板充液成形技术的原理、特点及国内外研究现状,指出了开展此项研究的必要性和重要意义。     

基于应变路径的拼焊板盒形件成形性能研究

利用Dyanform对拼焊板盒形件进行冲压成形数值模拟,研究不同压边力对拼焊板盒形件拉深过程中破裂危险点应变路径和成形性能的影响规律;同时,提出台阶式变压边力控制方法.结果表明:通过调整压边力的大小和变化方式,可以实现对拼焊板盒形件破裂危险点处应变路径的控制以及减小焊缝移动,从而提高拼焊板盒形件的冲压成形性能.     

激光拼焊板成形极限的预测方法研究

激光拼焊板成形极限图(FLD)目前主要由试验法获得,但试验法由于其局限性,在实际应用中受到很大的限制。该文介绍了一种预测板料发生颈缩的新准则——厚度梯度准则,该准则基于当板料发生颈缩时沿垂直于颈缩方向的厚度梯度分布上存在着临界值C;在板料成形过程中,当其厚度梯度值小于临界厚度梯度值C时,板料发生颈缩。采用eat/Dynaform软件仿真了高强度钢B170P1激光拼焊板的凸模胀形试验,基于厚度梯度准则有限元计算获得了其成形极限图。获得的激光拼焊板FLD与通过凸模胀形试验法得到的结果进行了对比分析。与试验得到的数据吻合较好,从而证实了该方法的正确性和有效性。     

激光拼焊板冲压成形性能研究

对由同种材质不等厚度母材制成的拼焊板进行了杯突试验和成形极限图试验,发现拼焊板焊缝处材料强度增强,但是抵抗继续变形能力减弱,材料发生失稳、破裂多在薄板侧.并应用AutoForm软件对某轿车前地板零件的成形性进行研究,仿真分析结果表明,虽然在零件设计时薄板侧所占面积较大,使得焊缝未发生移动,但较易破裂位置、板料变薄最大位置仍发生在拼焊板焊缝薄板侧.在分析拼焊板材料制成的零件时,对焊缝附近进行材料成形性分析尤为重要.     

薄板铝合金的TIG拼焊及其单向拉伸成形性能

拼焊所具有的优点使其成为绿色再制造技术之一。本文首先针对汽车轻量化材料铝合金薄板制定焊接工艺、优化焊接参数,实施TIG拼焊,并对铝合金TIG拼焊板进行微观组织、显微硬度、单向拉伸成形性能测试及扫描电子显微镜断口形貌测试,同时分析了焊接接头组织及硬度分布规律、焊缝位置对铝合金拼焊板成形性能的影响。研究表明:焊缝组织是细小的等轴晶和树枝状晶,硬度较低;焊缝的位置不同,拼焊板的成形性能不会有明显差异;试样的断口形貌表明6061铝合金拼焊板的塑性低于母材。     

汽车轻量化用铝合金拼焊板的研究进展

基于节约能源和减少废气排放的需要,汽车轻量化已经成为世界汽车发展的主流。各种轻量化的技术和方法逐渐发展起来,材料轻量化和结构轻量化是汽车轻量化技术中的两个重要方面。材料轻量化即指使用铝、镁合金等密度更小的材料代替传统的钢铁材料达到减重的目的;而结构轻量化则是采用一些满足使用性能的新结构来实现减重。以铝合金为母材的拼焊板,能够同时满足材料轻量化和结构轻量化的要求,是拼焊板技术未来的发展方向。从焊接方法、成形性能研究、应用的主要障碍、以及未来的发展趋势等方面综述了汽车轻量化用铝合金拼焊板的研究进展。     

盒形件拼焊板成形性能研究及模具设计

拼焊板由于两侧材料差异导致成形性能下降。利用有限元模拟分析得到,采用焊缝夹紧装置能提高拼焊板成形性能。根据有限元分析结果,设计了具有液压夹紧装置的盒形件模具,并进行了实验研究。结果表明:有限元模拟能准确模拟拼焊板成形过程,带焊缝夹紧装置的模具能提高拼焊板的成形性能。所设计模具操作简单、可靠,可为同类模具设计提供参考。     

AA5182-O铝拼焊板焊缝晶粒尺寸对力学性能的影响

为确定晶粒直径与力学性能之间的量化关系,用摩擦搅拌焊(Friction stir welding,FSW)将1.1mm厚的铝合金AA5182-O制作成拼焊板。利用单向拉伸试验获得焊缝和母材的屈服强度;利用显微硬度试验获得横截面显微硬度分布;利用金相分析获得平均晶粒直径。基于经典的晶粒直径与力学性能关系,确定了Hall-Petch方程待定参数。结果发现,焊缝的屈服强度和显微硬度均高于母材;焊缝的平均晶粒直径显著小于母材,分别为5μm和80μm。母材和焊缝的Hall-Petch常数分别为120MPa/107.33MPa·μm1/2和55.33MPa/68.57MPa·μm~(1/2)。     

拼焊板盒形件冲压成形失效及应变路径分析

采用自制液压机和分瓣压边圈模具,通过模拟仿真和实冲试验,变化各工艺参数,研究分析拼焊板方盒件冲压成形的应变路径、焊缝移动和成形极限,以提高其成形性能。研究表明,厚/薄侧压边力的大小和分布对破裂危险点的应变路径和成形裕度有很大的影响,合理的压边力分布可调节失效破裂的位置,减少焊缝移动和提高成形极限深度;凹模圆角半径的增大,对薄侧侧壁圆角处破裂危险点应变路径影响较大,拼焊板盒形件成形极限深度逐渐增大;厚度比较小时,破裂出现在薄侧圆角处,而厚度比较大时,焊缝移动量大,破裂易出现在薄侧焊缝处;板料毛坯形状和尺寸对失效破裂的位置和成形性能影响显著。因此,以薄侧侧壁圆角处和薄侧焊缝位置附近为破裂危险点,通过优化压边力、凹模圆角半径、板料厚度比、板料毛坯形状和尺寸等工艺参数,改变危险点的应变路径,调节失效破裂的位置,减小其焊缝移动量,可有效地提高拼焊板方盒件的冲压成形性能。     

DP590激光拼焊板焊接性能和成形性

激光拼焊板作为车身轻量化的重要技术,在汽车行业中应用前景广阔。研究了1.6 mm和2.0 mm规格的DP590激光拼焊板的焊接接头力学性能,并对其成形性能进行了分析。结果表明,焊接接头强度高于母材强度,但其延展性低于母材;焊缝区的显微硬度分布均匀,热影响区不存在明显的软化点;杯突试验中焊接接头开裂位置均在母材上,断口为韧性断裂,焊缝质量良好。     

基于硬度积分中值的拼焊板焊缝力学性能确定

为快速确定拼焊板焊缝力学性能,基于硬度试验提出一种获取力学性能的简易方法。通过理论分析确定所需参数与材料硬度之间的量化关系。选择7种不同材料,采用反求法计算各自的硬化指数。焊缝硬度值取焊缝区硬度分布的积分中值。根据硬化指数与硬度值的关系,用幂律拟合对Swift硬化模型进行修正,确定硬度值与修正系数的关系。通过硬度试验,获取垂直焊缝方向的硬度积分中值,获得母材及焊缝的力学性能。以AISI 1005拼焊板为例,比较计算与试验结果,发现母材和焊缝的力学性能均吻合良好,证明所提出的方法适用于快速识别拼焊板焊缝力学性能。     

基于DIC的拼焊板焊缝性能识别方法及验证

提出一种新的拼焊板焊缝参数识别方法——分区法.根据垂直焊缝方向次应变不同,将焊缝区分为焊缝和热影响区.采用数字图像相干技术,获取焊缝失效时拼焊板表面的应变场.建立了焊缝性能参数计算模型,分别计算出焊缝的强度系数和应变硬化指数.为验证分区法的有效性,针对纵向激光拼焊板单向拉伸试验,将理论计算结果嵌入有限元分析中,获得拉伸载荷-位移曲线,与混合法及试验结果比较.结果表明,分区法比较接近试验结果,具有较高的精度.     

Influence of weld geometry and mismatch on formability of aluminium tailor welded blanks: numerical and experimental analysis

Abstract

The forming behaviour of tailor welded blanks (TWBs) has been widely studied since its development. In the numerical simulation studies, the TWBs are modelled as blanks composed of two different materials, and often, the presence of the weld bead is neglected in its finite element discretisation. In the present work, the influence of the weld bead shape on the formability of friction stir welded TWBs, is analysed. Several finite element meshes were constructed in order to represent different weld bead geometries and numerical simulations of the cylindrical cup drawing were performed. Strong influence of the weld bead shape on the formability of the TWBs was observed when the weld was in overmatch relatively to the base material, and little influence when the weld was in undermatch condition. Comparison of the numerical results with experimental ones shows that the numerical analysis is able to preview the formability of the TWBs.