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基于搅拌摩擦焊的铝合金汽车前纵梁耐撞性研究
| 论文题名： | 基于搅拌摩擦焊的铝合金汽车前纵梁耐撞性研究 |
| 关键词： | 汽车前纵梁;铝合金;搅拌摩擦焊;微观组织;力学性能;耐撞性 |
| 摘要： | 在当今世界环保、节能、安全的大趋势下，轻量化成为汽车行业重要发展趋势。高强铝合金综合力学性能优异且成本适中，其优越的吸能特性以及良好的抵抗变形能力，适用于车身结构件和内部加强板，具有广阔的使用前景。搅拌摩擦焊在铝、镁等轻质合金焊接中被广泛应用，并在汽车制造生产中逐渐得到应用。 本文以2mm厚的6061-T6/7075-T6铝合金为研究对象，研究了不同焊接工艺参数下搅拌摩擦焊接头微观组织、力学性能的变化规律以及焊接过程参数变化规律。研究了异种铝合金搅拌摩擦焊拼焊板对汽车前纵梁的变形量、吸能性能以及前围板的侵入量的影响，为6061-T6/7075-T6铝合金在汽车上的使用提供理论基础。 首先，采用单一变量法进行搅拌摩擦焊试验，以焊接速度、搅拌头转速以及板材放置位置为变量制备性能优异的异种铝合金拼焊板。当7075-T6铝合金置于前进侧时，各个参数下的接头均实现了良好的连接。采用光学显微镜以及场发射扫描电镜对接头的微观组织演变以及晶粒结构演变进行分析。接头可分为焊核区、热机影响区、热影响区和母材区。SZ发生动态再结晶，组织为细小的等轴晶，织构弱化；TMAZ未发生完全动态再结晶，其晶粒发生了拉伸与弯曲，位错沿形变方向滑移而产生了大量的小角度晶界，黄铜织构弱化。焊接工艺参数的变化影响着SZ、TMAZ以及SZ的平均晶粒尺寸，随着焊速的增加而减小，随着转速的增加而增加。 其次，采用测温测扭设备对其过程参数进行测量，前进侧峰值温度低于后退侧，峰值温度随着焊速的增加而降低，随着转速的增加而增加；稳定焊接时的扭矩随着焊接速度的增加而增加，随着转速的增加而减小。采用显微硬度计、万能拉伸试验机对接头的力学性能进行测量，SZ和TMAZ的硬度明显低于BM；随着焊速和转速的增加，接头最大抗拉强度和延伸率均呈现先增后减的趋势。最优工艺参数为焊速150mm/min，搅拌头转速1000r/min，7075-T6置于前进侧。通过断裂金相图与SEM图像分析，接头断裂位置均为R-SZ，主要为韧性断裂模式。 最后，通过Hyperworks及LS-DYNA软件对整车模型进行正碰仿真，在正碰过程中，汽车前纵梁的变形以及吸能性能对乘员的安全影响较大，汽车前纵梁通过采用不同铝制板材布置方案，使得吸能特性得到提升并减小了变形，并且大幅度地降低了前围板的侵入量。在保证汽车耐撞性的同时，提升了汽车的轻量化水平。 |
| 作者： | 张军峰 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 任殿波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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