磁悬浮列车用5086铝合金薄板冷金属过渡焊接工艺研究

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1、密级：公开low论文类型：应用研究工程硕士学位论文磁悬浮列车用5086铝合金薄板冷金属过渡焊接工艺研究StudyonColdMetalTransferWeldingProcessof5086AluminumAlloySheetforMaglevTrain培养单位：材料科学与工程学院专业领域：材料工程学生姓名：周士朝校内导师：朱浩教授校外导师：吴立志正高工二〇一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证

2、书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要中低速磁悬浮列车由于车体重量轻、能耗低及噪音小等特点，未来将作为重要的城市轨道交

3、通工具。在磁悬浮列车中大量采用5086铝合金薄板，而冷金属过渡焊接（CMT）技术由于热输入低、焊接过程无飞溅等特点，特别适合于铝合金薄板的焊接。本文利用CMT焊接技术，对厚度为1mm的5086铝合金进行不同工艺的焊接试验，接头形式分别是对接接头、搭接接头及T型接头，获得外观成型良好的焊接接头。采用体视显微镜对不同工艺下的5086铝合金CMT焊接接头进行宏观形貌观察；使用一系列微观/纳观组织表征手段对接头焊缝区(WM)、热影响区(HAZ)及母材(BM)中的微观组织、位错密度及沉淀相进行表征；采用显微硬度仪和电子万能试验机对不同形式接头进行力学性能测试，并提出了采用载荷/拉伸试样宽度来表征搭接

4、接头和T型接头的抗剪强度；最后使用有限元软件ABAQUS对不同形式的5086铝合金CMT焊接接头的变形行为进行有限元模拟，进一步探求5086铝合金CMT焊接接头的最薄弱环节。研究结果表明：(1)对接接头中，接头宏观成型形貌主要有两种：底部完全焊透的接头呈倒梯形和底部未焊透的接头呈倒三角形；5086铝合金CMT焊接接头由WM、HAZ及BM组成，HAZ由宽度约为80μm的粗晶区(CGZ)和宽度不等的细晶区(FGZ)组成，WM由柱状晶和等轴晶组成，HAZ晶粒长大不明显；随着热输入增大，WM和CGZ的晶粒尺寸逐渐增大，FGZ晶粒尺寸无明显变化；接头显微硬度呈均匀分布，且焊接工艺对不同微区显微硬度的

5、影响较小，均在75~90HV之间；BM位错缠结严重，且晶粒尺度较大，HAZ位错密度较低，WM无明显位错，而晶粒尺度最小；5086铝合金CMT接头中沉淀相主要有：Mg2Si，AlMgMn及Mg2Al3；对接接头最优工艺参数是：焊接电流为52~61A，焊接速度为60~80cm/min，接头的抗拉强度为316MPa，达到母材的98%；5086铝合金CMT焊接接头中应力状态分布极不均匀，三向应力度在WM与HAZ交界与HAZ与BM交界处存在突变。随着拉伸位移增大，接头三向应力度绝对值逐渐增大，最大值约为1.0，三向应力度最大值出现在HAZ与BM交界处。随着加载持续，在接头BM处三向应力度也发生突变，

6、从而导致断裂发生，该位置是5086铝合金CMT对接接头的最薄弱环节，有限元模拟与实验结果相吻合。(2)搭接接头中，焊接工艺参数对搭接接头宏观成型影响较大。随着热输入增大，接头宏观形貌由半圆形向椭圆形过渡，且有效连接的熔合线长度也随之增大，WM和CGZ的晶粒尺寸逐渐增大，FGZ晶粒尺寸无明显变化，有效连接熔合线区域的微观组织由具有晶粒取向的柱状晶向无晶粒取向的柱状晶和等轴晶过渡；焊接工艺对不同微区显微硬度影响较小，均在75~90HV之间；随着熔合线长度的增加，搭接接头抗剪强度呈先增大后减小的趋势，起裂源为有效连接熔合线两端点处；当有效连接熔合线长度为2.75mm时，接头抗剪强度最高，为276

7、N/mm，对应的焊接参数为：焊接电流56A，焊接速度60cm/min；三向应力度最大值出现在有效连接熔合线两端点处，随着拉伸位移增大，三向应力度的绝对值逐渐增大，最大值为1.3；5086铝合金搭接接头熔合线两端点处为接头最薄弱环节，有限元模拟与实验结果的断裂路径相吻合；(3)T型接头中，焊接工艺参数对接头宏观成型影响较小；T型接头焊接窗口极窄，且易出现焊接变形、气孔及角焊缝尖端位置未焊透等缺陷；随着热输入增大，WM中心的