2024铝合金熔化潜热是多少

铝合金压铸件具有一些其他铸件无法比拟的优势，如美观、质量轻、耐腐蚀等优势，使它广受用户的青睐，特别是在汽车轻量化以来，铝合金铸件在汽车工业中得到了广泛的应用。铝合金压铸件的密度比铸铁和铸钢小，而比强度则较高。因此在承受同样载荷条件下采用铝合金铸件，可以减轻结构的重量，故在航空工业及动力机械和运输机械制造中，铝合金铸件得到广泛的应用。铝合金有良好的表面光泽，在大气及淡水中具有良好的耐腐蚀性，故在民用器皿制造中，具有广泛的用途。纯铝在硝酸及醋酸等氧化性酸类介质中具有良好的耐蚀性，因而铝铸件在化学工业中也有一定的用途。纯铝及铝合金有良好的导热性能，放在化工生产中使用的热交换装置，以及动力机械上要求具有良好导热性能的零件，如内燃机的汽缸盖和活塞等，也适于用铝合金来制造。铝合金压铸件具有良好的铸造性能。由于熔点较低（纯铝熔点为660.230C，铝合金的浇注温度一般约在730～750oC左右），故能广泛采用金属型及压力铸造等铸造方法，以提高铸件的内在质量，尺寸精度和表面光洁程度以及生产效率。铝合金由于凝固潜热大，在重量相同条件下，铝液的凝固过程时间延续比铸钢和铸铁长得多，放流动性良好，有利于铸造薄壁和结构复杂的铸件。

合金铝铸件拥有众多的优势，使它成为铸造行业的发展方向和采购客户较受青睐的铸造产品之一，未来随着铝合金铸造技术的进步，它将在更大的舞台上展示自己的风采。

AlSi9Cu3日本牌号（对应日本 JISH5302-82 标准 ）， A-S9U3法国牌号，A380美国牌号（对应美国 ASTMB85-82 标准）。

其中AlSi9Cu3压铸铝合金相当于国产YL113-GB/T15115-94 ，其机械性能指标如下：

抗拉强度:230

伸长度:1%

布氏硬度HB:80 。

抗拉强度：≥170N/㎜2。

屈服强度：≥100N/㎜2。

扩展资料：

GB-AlSi9Cu3化学成分：

Si8.0-10.0

Fe1.0

Cu2.7-3.7

Mn0.6

Mg0.1-0.3

Zn1.2

Ni0.5

GB-AlSi9Cu3力学性能：T4抗拉可以做到260MPa以上，延伸率1.8以上。

Al-Si 合金

由于Al-Si铝合金具有结晶温度间隔小、合金中硅相有很大的凝固潜热和较大的比热容、线收缩系数也比较小等特点，因此其铸造性能一般要比其他铝合金为好，其充型能力也较好，热裂、缩松倾向也都比较小。

Al-Si共晶体中所含的脆性相（硅相）数量最少，质量分数仅为10%左右，因而其塑性比其他铝合金的共晶体好，仅存的脆性相还可通过变质处理来进一步提高塑性。试验还表明：Al-Si共晶体在其凝固点附近温度仍保持良好的塑性，这是其他铝合金所没有的。

铸造合金组织中常要有相当数量的共晶体，以保证其良好的铸造性能；共晶体数量的增加又会使合金变脆而降低力学性能，两者之间存在一定的矛盾。但是由于Al-Si共晶体有良好的塑性，能较好的兼顾力学性能和铸造性能两方面的要求，所以Al-Si合金是目前应用最为广泛的压铸铝合金。

参考资料来源：百度百科-压铸铝合金

参考资料来源：百度百科-机械性能

随着铝型材的不断发展，铝的加工技术也得到迅猛发展。然而，由于铝具有氧化性强、熔点低、导热快、线膨胀系数大、熔化潜热大等多种物理及化学性能特点，因此选择焊接方法时，容易出现以下常见问题：

1、铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。

在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。

2、铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝(Al2O3)熔点高、非常稳定，不易去除。

焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。

3、铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。

在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。

4、铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。

铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力，生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5%时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。

化学成分

Cu Si Mg Mn Zn Fe Ni Sn Pb Ti Al

ADC 3 0.6 9.0-10.0 0.4-0.6 0.3 0.5 1.3 0.5 0.1 其余

ADC 12 1.5-3.5 9.6-12.0 0.3 0.5 1 1.3 0.5 0.2 其余

力学性能

抗拉强度平均值Ób/Mpa 屈服强度平均值 Ó0.2/MP 伸长率平均值 δ/% 布氏硬度平均值（HBS) 洛氏硬度平均值（HRB)

ADC 3 279 179 2.7 71.4 36.7

ADC 12 228 154 1.4 74.1 40

铝—铜二元合金在制造上较其他铸铝合金为简单。

此种合金可以在坩埚，火焰反射炉和各种结构的电炉中熔炼。铝—铜合金不像铝—硅合金易于吸收气体，也不像含镁量高的合金易于氧化。

使用牌号A3及其以下的铝锭和3级(M3)的及其以’F的铜作为铝—铜合金的炉料。铜以铝—铜中间合金的状态加入铝—铜合金内。

含铜33%的铝铜共晶合金具有优良中间合金的一切性能：可以制成化学成分均一的易熔的（熔点540℃）和脆性大的合金。

但是，含铜50%的合金具有更大的优点。在低熔点（575℃）和足够的脆性时，此种合金是均—的。

铝—铜中间合金有三种可能制造方法：（1）混合熔融的铝和铜；（2）溶解铜于熔融的铝中；（3）溶解铝于熔融的铜中。在这三种方法中最实用的是第三种方法，因为此种方法很简单，并且保证中间合金的质量良好。

在熔融的铝中溶解铜的方法和混合熔融金属的方法，由于熔炼物强烈的过热而使中间合金易为非金属杂质所玷污。

往熔融的铝中加入预热的固体铜或熔融的铜， 由于铝—铜合金生成热的放散而促使温度显著升高。

将单独熔化的金属混合在一起，除了使合金过热之外，还会使生产过程复杂化，因为需要使用两台熔炉，坩埚等。但当在大型铸造车间内熔合大量中间合金时，此种方法有某些使用意义。采用此种方法时，单独在木炭复层下熔化铜和分量的铝。将熔融的铜以细流注入熔融的铝中，另外分批地加入剩余部分固态铝，以便降低熔炼物的温度。

当固态铝在液态铜中溶解时，熔炼物的加热温度显著降低。这是由于铜的热容量和熔化潜热较该铜为高。

但是，使用这种力法时并不能避免该熔炼物局部过热的可能。为了避免局部过热，将铝加在熔池表面下的深处，而在液态铜中溶解。

溶解固态铜于熔融的铜中以制造Al—Cu中间合金的方法综述如下：将全部铜装入炉中，并加入全部炉料铝的10~15%，以便加速铜的熔化。随着铜的熔化逐渐少量地加入铝，将铝加入熔池的深处并在此时搅混熔炼物。铝锭应预热至150~200℃。待全部铝溶解之后，将合金冶却到700℃并用氯化锌进行精炼，除去熔渣并将制成的中间合金在680~700℃时浇铸于经过预热的锭模中。当中间合金在锭模中凝固时，用杓子取出表面所生成的薄膜，以便于金属凝固时从其中放出气体，并除去表面上的非金属污物。[4]

1、YL108就是压铸铝合金。

2、由于Al-Si铝合金具有结晶温度间隔小、合金中硅相有很大的凝固潜热和较大的比热容、线收缩系数也比较小等特点，因此其铸造性能一般要比其他铝合金为好，其充型能力也较好，热裂、缩松倾向也都比较小。Al-Si共晶体中所含的脆性相（硅相）数量最少，质量分数仅为10%左右，因而其塑性比其他铝合金的共晶体好，仅存的脆性相还可通过变质处理来进一步提高塑性。试验还表明：Al-Si共晶体在其凝固点附近温度仍保持良好的塑性，这是其他铝合金所没有的。铸造合金组织中常要有相当数量的共晶体，以保证其良好的铸造性能；共晶体数量的增加又会使合金变脆而降低力学性能，两者之间存在一定的矛盾。但是由于Al-Si共晶体有良好的塑性，能较好的兼顾力学性能和铸造性能两方面的要求，所以Al-Si合金是目前应用最为广泛的压铸铝合金。

3、压铸（英文：die casting）是一种金属铸造工艺，其特点是利用模具腔对融化的金属施加高压。模具通常是用强度更高的合金加工而成的，这个过程有些类似注塑成型。大多数压铸铸件都是不含铁的，例如锌、铜、铝、镁、铅、锡以及铅锡合金以及它们的合金。根据压铸类型的不同，需要使用冷室压铸机或者热室压铸机。

中文名称：工业纯铝 英文名称：commercial purity aluminum 定义：国际上一般规定纯度为99.0%~99.9%的金属铝。中国规定纯度为98.8%~99.7%的金属铝。 应用学科：材料科学技术（一级学科）；金属材料（二级学科）；有色金属材料（三级学科）；铝及其合金（四级学科）

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求助编辑百科名片 工业纯铝的铝锭工业纯铝一般定为纯度为99.0%～99.9%的铝，中国定为纯度为98.8%～99.7%的铝。中国塑性变形加工工业纯铝牌号有1080、1080A、1070、107000A(L1)、1370、1060(L2)、1050、1050A(L3)、1A50(LB2)、1350、1145、1035(L4)、1A30(L4-1)、1100(L5-1)、1200(L-5)、1235等。铁和硅是其主要杂质，并按牌号数字增加而递增。 查看精彩图册

目录基本信息组织结构特点1、密度小且可强化2、易加工3、耐腐蚀而且导电、导热性好4、无低温脆性5、美观且反射性强6、无磁性、冲击不生火花7、有吸音性8、耐核辐射纯铝的物理性质化学性能稀土对纯铝性能的影响展开 基本信息组织结构特点1、密度小且可强化2、易加工3、耐腐蚀而且导电、导热性好4、无低温脆性5、美观且反射性强6、无磁性、冲击不生火花7、有吸音性8、耐核辐射纯铝的物理性质化学性能稀土对纯铝性能的影响展开

编辑本段基本信息工业纯铝 (commercial purity aluminium)

编辑本段组织结构工业纯铝实质上可以看作是铁、硅含量很低的铝一铁一硅系合金。在杂质相中除了有针状硬脆的FeAl3和块状硬脆的硅质点外，还能形成两个三元相，当Fe>Si时，形成α(Fe2SiAl8)相；当Si>Fe时，形成　β(FeSiAl5)相。两相都是脆性化合物，后者对塑性的危害更大些。因此，一般在工业纯铝中都使Fe>Si。当Fe>Si时，还能缩小结晶温度区间和减小产生铸造裂纹倾向。当Fe/Si≥2～3时，可生产出晶粒细小、有良好冲压性能的工业纯铝板材。需要指出的是，在工业纯铝中铁和硅多半以三元化合物形式存在，出现FeAl3和游离硅的机会很少。

编辑本段特点工业纯铝具有铝的一般特点，密度小，导电、导热性能好，抗腐蚀性能好，塑性加工性能好，可加工成板、带、箔和挤压制品等，可进行气焊、氩弧焊、点焊。 工业纯铝不能热处理强化，可通过冷变形提高强度，惟一的热处理形式是退火，再结晶开始温度与杂质含量和变形度有关，一般在200℃左右。退火板材的σb=80～100MPa，σ0.2=30～50MPa，ζ=35%～40%，HB=25～30。经60%～80%冷变形，虽然能提高到150～180MPa，但ζ值却下降到1%～1.5%。增加铁、硅杂质含量能提高强度，但降低塑性、导电性和抗蚀性。1200(L5)工业纯铝板的退火软化特性与冷作硬化特性如图所示。从图中可见，采取调整冷变形后的退火温度或控制退火后的冷变形量都可获得不同冷作硬化状态的力学性能。为了提高成形性，采取前种方法为好。

应用 工业纯铝用途非常广泛，可作电工铝，如母线、电线、电缆、电子零件；可作换热器、冷却器、化工设备；烟、茶、糖等食品和药物的包装用品，啤酒桶等深冲制品；在建筑上作屋面板、天棚、间壁墙、吸音和绝热材料，以及家庭用具、炊具等。

1、密度小且可强化纯铝的密度接近2700kg/m3，约为铁的密度的35%。纯铝通过冷加工可使其强度提高一倍以上。而且可通过添加镁、锌、铜、锰、硅、锂、钪等元素合金化，再经过热处理进一步强化，其比强度可与优质的合金钢媲美。

2、易加工铝可用任何一种铸造方法铸造。铝的塑性好，可轧成薄板和箔；拉成管材和细丝；挤压成各种民用的型材；可以大多数机床所能达到的最大速度进行车、铣、镗、刨等机械加工。

3、耐腐蚀而且导电、导热性好铝及其合金的表面，易生成一层致密、牢固的Al2O3保护膜。这层保护膜只有卤素离子或碱离子的激烈作用下才会遭到破坏。因此，铝有很好的耐大气（包括 工业性大气和海洋大汽）腐蚀和水腐蚀的能力。能抵抗多数酸和有机物的腐蚀，采用缓蚀剂，可耐弱碱液腐蚀；采用保护措施，可提高铝合金的抗蚀能力。铝的导电、导热性能公次于银、铜和金。

4、无低温脆性铝在摄氏零度以下，随着温度的降低，强度和塑性不公不会降低，反而提高。

5、美观且反射性强铝的抛光表面对白光的反射率达80%以上，纯度越高，反射率越高。同时，铝对红外线、紫外线、电磁波、热辐射等都有良好的反射性能。铝及其合金由于反射能力强，表面呈银白色光泽。经机加工后可达至很高的光洁度和光亮度。经阳极氧化和着色，可获得五颜六色、光彩夺目的铝制品。

6、无磁性、冲击不生火花7、有吸音性8、耐核辐射编辑本段纯铝的物理性质原子及晶体结构：原子序数：13

工业纯铝的退火软化和冷作热化特性曲线元素的化合价：3

原子量：26.98

原子半径：0.143nm

晶格类型：面心立方晶格

晶格常数：0.404nm

无同素异晶转变

物理性能：密度：20度（固态）：2.6996 g/cm3

700度（液态）：2.371 g/cm3

熔点：99.996%AL： 660.24度

99.6% AL： 658.7度

融化潜热：388.116 J/g

比热容：常温固态：0.946 J/（g。K）

熔点液态：1.289 J/（g。K）

热导率：2.177 W/（cm。K）

线膨胀系数：23.6×10（－6）

收缩率：6.6%

电极电位：－1.3V

电导率：38.2/欧姆/米

力学性能：弹性模量：69000～71000MPa

抗拉强度：90～120MPa

屈服强度：20～90MPa

伸长率：11%～25%

布氏硬度：24－32HB

冲击韧度：10～20 J/cm2

编辑本段化学性能在淡水、海水、空气、浓硝酸、硝酸盐、汽油、润滑油、各种有机溶剂中有良好的耐蚀性；在碱，碳酸盐，稀酸中耐蚀性很差

编辑本段稀土对纯铝性能的影响官可湘等研究了单一稀土Ce对工业纯铝力学性能的影响，探讨了稀土对纯铝中杂质相细化作用、稀土主要分布在晶界及枝晶间，它们与Fe、Si等杂质形成高熔点金属间化合物，使富Fe相杂质细化，同时对晶界有稳定作用；由于富Fe相的细化作用，且弥散均匀分布，因而力学性能得到大幅度提高，抗拉强度上升44.18%，伸长率提高32.04%；最佳稀土加入量为0.03%

摘 要：电阻点焊的组织决定焊接接头熔核的性能，熔核的性能决定焊接的质量。通过模拟 点焊接头的组织，可预测在不同点焊参数下接头的组织形态和力学性能等，从而实现通过寻 求最佳焊接工艺来改善焊件性能的目的。研究铝合金点焊相变组织的分布规律，对优化点焊 设计和工艺参数有重要的指导作用，本文通过应用有限元模拟软件进行数值模拟，对6082 铝合金电阻点焊过程中的组织转变进行模拟与研究，并通过实验进行验证，从而得出电阻点 焊对6082铝合金的组织转变的影响。试验验证表明，数值模拟与试验结果吻合良好，为铝合 金点焊基础理论研究提供了一种有效的分析手段。

关键词：数值模拟；金相组织 ；铝合金；电阻点焊

Abstract

Te microstructure of resistance spot welding decide performance of nuclear fusion in welded joint, the performance of nuclear fusion decide welding quality. By simulation, we can predict microstructure and mechanical properties of spot welding in different parameters, so as to achieve the best welding performance by seeking to improve the welding processes. Research on the distribution of microstructure in aluminum spot welding, have an important role in on the design and optimization of process parameters of spot welding. The paper through the application of finite element simulation software to simulate and research the resistance spot welding of aluminum alloy of 6082, and verify it through experiments, so as to know affection resistance spot welding to aluminum alloy of 6082. Experiments show that numerical simulation and experimental results are consistent, providing an effective analysis for spot welding on aluminum alloy.

Key words: Numerical simulationMicrostructureAluminum alloyResistance spot welding

1、

铝合金在航空航天、船舶制造、机车和汽车制造业等领域获得了广泛的应用。轿车采用

铝合金制造车身较采用钢板制造车身可减轻车体重量6O%左右，能显著降低燃料消耗和减少 环境污染。但是，铝合金点焊所存在的问题限制了点焊在铝合金汽车生产中的应用，铝合金 点焊的熔核形状不规则，尺寸大小不一，熔核在凝固时极易形成缩孔、缩松和气孔，由于冷 却速度较快，熔核的结晶组织主要是从熔合线向内生长的柱状晶。在这方面，吉林工业大学 的赵熹华等人通过采用熔核的孕育处理技术做了详细的研究，将柱状晶组织变为等轴晶组 织，取得了良好的效果[1]。但是，该技术如何工程化的问题还正在研究之中。如果能对点焊

的相变组织进行有限元模拟计算，得到铝合金点焊过程温度场和相变组织的分布规律，从微

观上改变焊接质量，对提高和稳定点焊质量具有重要意义。 铝合金点焊是一个高度非线性的力、热、电相耦合的复杂过程，随着焊接研究的深入，

温度，相变和热应力之间的耦合效应越来越受到人们的重视。Y.Ueda 等人曾提出温度，相 变，热应力之间的耦合关系式，J.Ronda 等人利用该耦合模型对焊接接头进行了有限元计算。 Ronda 等[2]用统一的方法推导了相变规律和相变塑性，建立了相容的 TMM 模型，并形成了系

统理论。Yang 等[3]在热冶金耦合方面也作了深入的研究。他们在模拟温度场、速度场、热循

环以及熔池形状时,采用瞬时、3 维、湍流条件下的热传输和流体流动模型。 本文基于有限元专业焊接模拟软件动态模拟焊接的全过程，进行数值模拟时，考虑了材

料热物理性能与温度的非线性关系，以及相变潜热对温度场的影响，实现温度场和应力应变

场的耦合计算，揭示了铝合金点焊过程温度场和相变组织的分布规律，其结果有助于更好地 了解焊接过程中熔体的运动状态、凝固组织细化和产生缺陷的原因,为正确选择点焊工艺参 数等提供理论指导。

2 点焊相变原理

熔核、塑性环及其周围母材金属的一部分构成了点焊接头。在良好的点焊焊接循环条件

下，接头的形成过程是预压、通电加热和冷却结晶三个连续阶段所组成。

（1）预压阶段：在电极压力的作用下清除一部分接触表面的不平和氧化膜，形成物理触点，为焊接电

流的顺利通过及表面原子的键合作准备。（2）通电加热阶段：在热与机械力作用下形成塑性环、熔核，并 随着通电加热的进行而长大，直到获得需要的熔核尺寸。通电刚开始，由于边缘效应，使焊件接触面边缘 处温度首先升高，接着由于金属加热膨胀，接触面和电流场均扩展并伴有绕流现象，而靠近电极的焊接区 金属散热较有利，从而在焊接区内形成了回转双曲面的加热区，其周围产生了较大的塑性变形。随着通电 加热的持续，电极与工件接触表面增加，表面金属的冷却增强，而焊接区中心部位由于散热困难温度继续 升高，形成被塑性环包围的回转四方形液态熔核。继续延长通电时间，塑性环和熔核不断长大。当焊接温 度场进入准稳态时，最终获得椭圆形液态熔核，周围是将熔核紧紧包围的塑性环。（3）冷却结晶阶段：使 液态熔核在压力作用下冷却结晶。由于材质和焊接规范特征不同，熔核的凝固组织可有三种：柱状组织、 等轴组织、“柱状+等轴”组织。

由于点焊加热集中、温度分布陡、加热与冷却速度极快，若焊接参数选用不当，在结晶过程中会出现 裂纹、胡须、缩孔、结合线伸入等缺陷，可通过减慢冷却速度和段压力等措施来防止缺陷产生。

3 点焊熔核有限元仿真

点焊是一个多因素及多重非线性的复杂问题。在进行数值模拟时，考虑其可作为轴对称问题，对等厚

板的焊接取l／4平面进行分析。为简化计算，本文假定电极压力恒定。 本文采用简化的轴对称2D模型建立6082铝板点焊的简化模型。出于简化模型的目的，假设上下两块铝

板在与电极端面直径对应的中心部分以及电极端面是粘连的，假设电极-工件间及工件间的接触行为属于无 滑动接触。焊接电流为恒流，材料的热物理性能随温度变化，忽略电流的趋表效应、接触面的热电效应和 接触热阻[4,5]。模型的网格采取自由划分，共含1996个固体单元，2120个节点。被连接材料为6082铝合金，

板厚2.0 mm，采用Cu～Cr合金电极，端部直径6 mm，端部曲面半径40 mm。

3.1 材料属性

材料的热物理性能参数是温度的函数，在模拟中，材料的热物理性能除了密度和潜热外，其他如比热、 导热系数、电阻率等均随温度变化。材料在相变和熔化时存在潜热，模拟中将潜热在相变温度区间均匀折 算为比热容，以模拟其产热效果。

6082铝合金是Al-Mg-Si系铝合金，该合金的组织比较简单，主要合金元素为Mg、Si ,另外还有少量的Fe 、Zn 、Cu 、Mn，主要组织组成物为Mg2Si，Mg/Si比为1.73，大部分合金不是含过量镁就是含过量的硅。当镁过量时，合金的抗蚀性好，但强度与成形性能低；当硅过量时，合金的强度高，但成形性能及焊 接性能较低，抗晶间腐蚀倾向稍好。

3.2 工艺参数

采用直流焊接电源，焊接电流为14 KA，电极压力为1.5 KN，焊接时间为15个周波(相应频率50 Hz)。 具体方案见表1：

3.3 焊接温度场的模拟

焊接温度场的准确计算是焊接冶金分析、残余应力与变形计算以及焊接质量控制的前提，焊件在快速 加热和冷却过程中温度场的正确描述是进行组织转变和焊后接头力学性能分析的前提条件。焊接温度场的 准确计算必须建立起准确的热传递数学模型和符合焊接生产实际的物理模型，并应用有限元 软件的校正工 具，根据具体的焊接工艺和条件对热源进行校正；考虑了材料热物理性能参数与温度的非线性关系，建立 了焊接过程的数学模型和物理模型[6,7]。

在焊接过程中，由热源传给焊件的热量，主要是以辐射和对流为主，而母材和焊接材料获得热能后，

热的传播则是以热传导为主。焊接传热过程中所研究的内容主要是焊件上的温度分布及其随时间的温度变 化问题[8]。因此研究焊接温度场，是以热传导为主，适当地考虑辐射和对流作用。

焊件上某点瞬时的温度分布称为温度场，可以表示为：

T  T ( X , Y , Z , t )

式中 T 为焊件上某点的瞬时温度，(x , y , z)是某点的坐标，t是时间。

因此非线性瞬态热传导问题的控制方程可以表示为：

式中 c、ρ为材料的比热容、密度，T为温度场的分布函数，t为时间，kx , ky , kz分别为x , y , z方向

上的导热系数； Q是内热源。

温度场计算时, 将模型的对称面定义为绝热边 界条件, 即

其他周围表面定义为换热边界条件, 即

式中  是材料的热导率，n是边界表面外法线方向，α是表面换热系数，Ta是周围介质温度，Ts是物体表面

温度。

3.4 点焊相变组织的模拟

3.4.1 相变潜热 焊接过程中伴随着相的转变，在有限元计算中其产生的相变潜热以焓的形式表示[9]，即

式中  (T )c(T ) 分别为材料的密度和比热，均为温度的函数。

在某一温度增量区间，所产生的总的相变潜热表示为各相值的叠加，即

式中：Aj为第j 相的相变潜热，V j 为第j

相的转变体积比,且 å V j = 1 ；n是材料中相的个数。相的转变体积比,且 ；n是材料中相的个数。

3.4.2 相变模拟原理

对于铝合金的相变模拟，主要通过铝合金的回复与再结晶原理，如图1。如果材料有经过温度循环，当 最高温度高于重结晶温度时，重结晶开始发生并产生影响。材料重结晶的比例不仅取决于最高温度，也取 决于热循环过程。可以用如下公式来计算：

等温反应动力学：

非等温反应动力学附加规律：

3.5 模拟计算结果

3.5.1 温度场的模拟结果

如图 2 为焊接时间 250ms 时 l／4 平面所成的温度分布，再通过 sysweld 有限元软件，分别在熔核区 中心，熔合线，热影响区，母材组织上取四个固体单元，形成如图 3 所示的温度曲线。由图 2，3 可以看出 在焊接过程中，熔核中心的最高温度可达 720℃，且长时间温度维持在 700℃左右；熔合线附近可达 600℃，

也长时间维持在这个温度；热影响区最高温度可达 500℃左右；而母材最高温度只达到 300℃左右。

3.5.2 相变组织的模拟结果

通过有限元模拟可得到如图4所示结果，6082铝合金点焊结果会出现明显不同的三相分布分别为：母 材、热影响区和熔核区组织。

4 结果分析和讨论

由模拟分析结果可以看出， 6082 铝合金点焊会出现比较明显的三种组织的分布，再根据模拟所用的

焊接参数进行试验验证，然后进行金相组织观察（试样用凯勒试剂浸蚀）。可以得到图 5－图 9 的微观组织 图。

由图 5 可见，6082 铝合金点焊组织有着明显的三个组织相分布，中间的小圆为熔核部分，外圆为热影

响区，外边即为母材，与模拟的相变结果（图 4 所示）完全相同。 铝合金的主要热处理方式是固溶处理和时效处理，通过第二相的沉淀硬化来提高强度、硬度等性能。

6082 铝合金为 T4 状态（固溶处理＋自然时效）是经固溶、时效后的合金，其主要强化相是 Mg2Si。在焊 接热循环的影响下，铝合金基体中的这些沉淀相粒子将发生再次固溶、析出和长大过程，对焊接前的基体 产生或多或少的破坏。它们的熔点为 595℃，焊接加热温度超过这一熔点时,部分强化相就会熔解[10]。

图 6 为母材组织，其铝合金基体上分布着粗大且呈长条形的析出相；图 7 为熔核中心组织，其内组织 主要为细小的等轴晶粒；图 8 为处于塑性环熔合线周围的组织，靠近熔合线的熔核区主要是柱状晶粒和部 分等轴晶粒，靠近熔合线的热影响区为粗大的晶粒；图 9 为热影响区中心组织，其铝合金基体上的析出相 细小且呈圆粒状。

从图 4 可以得知，在塑性环内的熔核区中心最高温度远远高于 595℃，可达 720℃左右，且比较长时间 的维持在 700℃，这个温度使熔核区中心的晶粒完全的熔化，在铝合金基体上的第二相重新熔化和固溶， 化合物因固溶而进一步减少。在铝合金基体上分布着弥散的，细小的第二相对晶界移动起着重要的阻碍作 用，第二相质点越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大的能力越强，所形成的晶粒也就越细小，且在熔核区 内合金元素溶入的比较多，在很大程度上阻碍了晶界的移动，焊接为快速加热，金属内存在的晶格畸变现 象来不及回复，自扩散系数增加，使合金再结晶晶核增多，造成晶粒细小，所以在熔核中心冷却后形成的 组织为细小的等轴晶粒；由于点焊冷却速度较快，靠近熔合线的熔核区的结晶组织主要是从熔合线向内生 长的柱状晶。运用图 1 描述的铝合金重结晶现象可以发现，靠近塑性环的热影响区的晶粒处于长大阶段， 晶粒生长方向与热流方向一致，有着明显的粗大晶粒且在晶界上分布一些析出相，应为晶粒长大区；6082 合金母材组织为板材组织，其析出相方向与板材成形方向一致，也有少量析出相呈三角形，在晶界上析出， 由于其含有 Cu，Mg，Al，Si，Mn 等合金元素，析出相比较复杂，主要为 Mg2Si。图 6 中的母材组织为退

火组织，所以其部分析出相变的相对细小和一定的圆形状。对于热影响区，其析出相明显比母材组织细小，

且没有方向性，但已经开始出现圆粒状，分布也比母材组织均匀，但还是有一部分为粗大的析出相，且呈 长条形，没有完成再结晶，由图 1 铝合金重结晶原理可知其组织应为回复区和回复再结晶区，晶界基5 结 论

1、本文采用数值仿真手段预测熔核的组织，运用sysweld的相变模拟原理，完成对6082铝合金点焊组织的

模拟和预测。

2、采用本文提出的有限元点焊模型，运用相变模拟软件，可以模拟出与实际焊接结果十分吻台的结果，因 此可作为选择和优化点焊参数的一个有效工具。

3、6082铝合金熔核区晶粒细小，组织分布均匀而且弥散，热影响区有着比较明显的回复区，回复与再结晶 区和晶粒长大区，母材组织为板材组织，晶粒方向为轧制方向，且铝基体上分布大量粗大的第二相质点。

4、点焊接头相变组织的模拟是一项新技术，它尚处于起步阶段，在理论上还存在着尚未澄清问题，另外在

计算方法上也有改进余地，其应用更接近空白，因此，有必要从理论和计算方法上进行系统而有深入的 探索，以使新兴方法尽快用于工程实践。

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Simulation and Research for the Microstructure of Aluminum Spot

给你部分参考