铝合金的激光焊接及性能评价

第1章绪论

第2章铝合金的激光焊接方法

2.1铝合金材料

2.2铝合金的焊接特点

2.3铝合金常规焊接方法

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铝合金激光焊简介

2.4.1铝合金激光焊的难点

2.4.2激光焊接设备

2.5激光自熔焊

2.6激光填丝焊

2.6.1激光填丝焊的原理

2.6.2填丝焊工艺及组织性能

2.7激光—电弧复合焊接

2.7.1激光—电弧复合焊接原理

2.7.2激光—电弧复合焊的发展及应用

2.7.3激光—电弧复合形式

2.8铝合金激光焊接特性

2.9铝合金激光焊常见缺陷

2.9.1气孔

2.9.2热裂纹

2.9.3咬边与焊穿

2.9.4夹渣

2.10铝合金激光焊接发展趋势

第3章典型铝合金材料的激光焊接

3.1焊前清理

3.2铸造铝合金的激光—电弧复合焊

3.2.1铸造铝合金

3.2.2试件规格

3.2.3实验设备及方法

3.2.4焊缝形貌及组织分析

3.2.5接头力学性能

3.3铝合金5×××的激光—电弧复合焊接

3.3.15×××系铝合金

3.3.2焊接试样准备

3.3.3焊接参数及成型性

3.3.4热裂倾向

3.3.5接头微观组织

3.3.6接头力学性能

3.4铝合金6×××的激光—电弧复合焊接

3.4.16×××系铝合金

3.4.2试样准备及焊接参数

3.4.3焊缝成型

3.4.4接头微观组织

3.4.5接头力学性能

3.5铝合金7×××的激光—电弧复合焊接

3.5.17×××系铝合金

3.5.2焊接试样准备及工艺参数

3.5.3焊缝成型

3.5.4热裂倾向

3.5.5显微组织观察

3.5.6接头力学性能

3.6铝合金接头强化技术

3.6.1焊后接头强化方法概述

3.6.2激光冲击强化技术

3.6.3超声冲击强化技术

3.6.4焊趾修形强化技术

3.6.5焊后热处理技术

第4章焊接热力过程的有限元模拟

4.1焊接过程有限元仿真进展

4.1.1焊接模拟理论基础

4.1.2焊接热力场模拟进展

4.1.3焊接过程模拟的关键技术

4.2铝合金7075—T6焊接过程模拟

4.2.1材料及焊件尺寸

4.2.2单元、网格与边界条件

4.2.3热源模型

4.3铝合金焊接模拟流程

4.3.1焊接变形的模拟

4.4结果与讨论

4.4.1温度场结果

4.4.2应力分析

4.4.3变形分析

4.5结论与建议

4.5.1铝合金焊接过程模拟结论

4.5.2铝合金焊接过程模拟建议

第5章铝合金激光复合焊接头的软化

5.1接头软化的研究进展

5.2复合焊接头的力学性能

5.2.1材料与方法

5.2.2静载拉伸性能

5.2.3微区硬度

5.3软化行为研究

5.3.1微观组织

5.3.2强化相变异

5.3.3强化元素分布

5.4气孔影响

5.4.1种类及来源

5.4.2气孔率表征

5.4.3接头的弹性模量

5.4.4接头强度模型

5.4.5验证与讨论

5.5软化机理

第6章焊接接头的EBSD分析

6.1多晶体织构及其表征

6.1.1多晶体的织构

6.1.2织构的表达

6.2EBSD技术的应用

6.2.1EBSD系统的组成

6.2.2EBSD技术的一般应用

6.2.3铝合金织构特征

6.3铝焊接头的织构

6.3.1样品制备

6.3.2焊缝能谱分析

6.3.3接头的EBSD分析

第7章铝合金接头的疲劳性能及断裂机理

7.1接头疲劳性能

7.1.1S—N疲劳寿命曲线

7.1.2疲劳裂纹扩展速率

7.2疲劳断裂机理

7.2.1裂纹萌生及扩展机理

7.2.2基于原位SEM的疲劳裂纹扩大

7.2.3基于同步辐射成像的疲劳裂纹萌生机理

7.2.4基于EBSD的疲劳裂纹萌生机理

7.2.5断口形貌特征及分析

7.3气孔疲劳损伤

7.3.1气孔与裂纹交互作用研究进展

7.3.2杂交有限元的气孔行为研究

7.3.3熔焊气孔与裂纹耦合作用

第8章焊接结构疲劳强度分析方法

8.1焊接结构疲劳特点及研究进展

8.1.1焊接结构的工艺特点

8.1.2焊接结构的疲劳特点

8.1.3焊接接头典型的疲劳破坏形式

8.1.4焊接结构疲劳分析现状与进展

8.2焊接结构疲劳分析方法

8.2.1名义应力法及接头强度等级

8.2.2热点应力法定义及其S—N曲线

8.2.3等效缺口应力法

8.3网格不敏感主S—N曲线法

8.3.1方法概述

8.3.2网格不敏感应力计算原理

8.3.3等效应力计算

8.3.4主S—N评定流程

8.3.5主S—N曲线法实例及验证

第9章焊接结构疲劳断裂仿真分析

9.1断裂力学概述

9.1.1断裂力学的形成与发展

9.1.2断裂力学的分类

9.1.3裂纹扩展模式

9.2裂纹扩展仿真研究进展

9.2.1断裂分析研究进展

9.2.2裂纹扩展仿真软件

9.3焊接部件裂纹扩展分析

9.3.1裂纹扩展分析技术与方法

9.3.2典型结构的裂纹扩展分析

第10章车体结构的抗疲劳设计

10.1常用抗疲劳设计标准

10.1.1AAR标准评定理论

10.1.2BS标准评定理论

10.1.3IIW标准评定理论

10.1.4ASME标准评定理论

10.1.54种标准比较

10.2车体疲劳分析方法

10.2.1车体有限元分析概论

10.2.2载荷工况及载荷谱的确定

10.2.3S—N曲线的选择

10.2.4抗疲劳设计的主要流程

10.3车体结构抗疲劳设计实例

10.3.1货车体有限元强度校核

10.3.2载荷谱的确定

10.3.3重点评估部位

10.3.4各工况结构应力分析结果

10.3.5结果分析

10.4技术展望

参考文献

《铝合金的激光焊接及性能评价》可供从事冶金、材料研发、材料加工、结构设计、产品可靠性评价等专业的研究人员和工程技术人员参考；还可作为高等院校相关专业教师、高年级本科生或者研究生的教学参考书。《铝合金的激光焊接及性能评价》利用光学显微镜、透射电镜、扫描电镜、电子背散射衍射技术以及第三代高能同步辐射光源等对铝合金激光复合焊接头不等强性和断裂机理进行了深入研究，获得了不同焊接参数下铝合金的疲劳性能和裂纹扩展特性，揭示了激光—电弧复合焊铝合金接头断裂的微观机制，给出了熔焊气孔与疲劳裂纹交互作用的三维形貌，并采用实验和理论方法对气孔与裂纹的交互行为进行了探索性研究。此外，还介绍了自主开发的三维工程结构疲劳裂纹扩展分析与仿真软件及其在高速列车焊接结构中的应用，同时基于有限元软件对电弧焊接铝合金的热力耦合过程进行了模拟，最后介绍了车体的抗疲劳设计原理及其应用情况，其中包括焊缝疲劳寿命预测的网格不敏感等效结构应力的主S—N曲线法。