搅拌摩擦焊温度场

搅拌摩擦焊接过程中温度场的分布对焊缝成形质量具有重要的影响。该文结合数值模拟和实验方法,研究搅拌摩擦焊接过程的温度场。基于ALE(arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法建立完全热-力耦合的有限元模型,对搅拌摩擦焊接过程开展数值仿真,同时在模型中考虑塑性变形产热。选取两组不同工艺参数(旋转速度分别为600 r/min和800 r/min)对温度场的分布进行计算,并在相同的工艺参数下测量焊接过程中距焊缝不同位置处的峰值温度。数值模拟和实验对比结果表明:该模型能准确地模拟搅拌摩擦焊接过程中的准稳态温度分布情况;搅拌摩擦焊峰值温度低于材料的固相线;焊缝前进侧温度稍高于后退侧。     

基于热源模型7075铝合金搅拌摩擦焊接机理分析与研究

在搅拌摩擦焊接过程中,温度场对焊缝质量至关重要。文中就搅拌摩擦焊接过程建立了温度场变化模型,利用7075铝合金材料,基于ABAQUS有限元分析软件对该模型进行了仿真分析,并利用多组参数进行了对比实验,结果表明:(1)基于热源模型得到焊接工艺参数基本与实际相符。(2)当焊接速度越大时,焊缝周边母材发热越少,特征点温度变化越快,远离焊缝中心的母材温度越低,对焊缝处母材质量影响更少。仿真分析结果与实际焊接工艺参数相匹配,基于热源模型对材料搅拌摩擦焊接机理的研究具有一定的应用价值。     

2219铝合金搅拌摩擦焊接工艺研究

借助于有限元仿真软件ANSYS模拟仿真2219铝合金搅拌摩擦焊接过程,得到在焊接准稳态阶段不同时刻和位置处的温度情况,确立了温度场在时间和空间上的分布规律.结果表明,焊接的最高温度为525℃,低于铝合金熔点.在试验中采用仿真所使用的焊接工艺参数,得出的焊缝表面质量较好,没有出现背部间隙及未焊透缺陷.在整个试验过程中,试验测得的工件温度变化与仿真模拟的结果误差小于5%.在进行试件的力学性能试验中,试件的抗拉强度达到母材的74%,均高于其它的焊接方式.所采用的焊接工艺参数对实际焊接6mm厚的2219铝合金具有借鉴作用.     

3 mmLY12与10 mmLF2搅拌摩擦焊温度场模拟分析比较

根据搅拌摩擦焊的具体焊接过程,利用ANSYS有限元分析软件,模拟3mmLY12薄板和10mmLF2厚板焊缝区的准稳态温度场.对比分析不同板厚、不同材质的铝合金焊缝区温度分布的不同状况,从而得到焊材本身的物性参数以及焊接参数对温度分布的影响情况,最终确定影响搅拌摩擦焊温度场的主要因素.模拟结果显示,3mmLY12温度场呈碗状,10mmLF2温度场呈花瓶状.通过模拟温度场结果与焊缝区组织的比较,验证了不同的温度场与不同焊缝组织的对应关系.     

基于DEFORM-3D的FSW温度场及流场数值模拟

采用DEFORM-3D软件模拟6082-T6铝合金FSW焊接过程中温度场及流场演变规律.结果表明:在搅拌针插入阶段,最高温度出现在搅拌针底端,随着搅拌针的继续插入,焊接过程中温度逐渐升高,工件上表面温度场呈圆状分布,而在厚度方向上呈盆状分布;当轴肩接触到被焊工件时,轴肩与工件之间的摩擦使工件温度急剧升高,达到了312℃,轴肩下压后温度进一步升高到470℃;搅拌头在插入位置停留5 s后,工件温度提升到502℃;搅拌头行走过程中温度及金属流动达到了一个准稳态,温度维持在500℃左右;黏塑性金属流速度矢量整体分布呈漏斗状,其方向大致与轴肩表面各点旋转方向切线平行,且温度场及金属流动规律随搅拌头行走距离的变化不明显.     

基于带状热源的摆动焊接温度场数值模拟

在高斯热源的基础上,推导出模拟电弧摆动的带状热源模型,并基于该热源模型,以20.钢平板对接接头为研究对象,运用ANSYS有限元分析软件,对其摆动焊接过程的温度场进行了数值模拟,获得了其焊缝区的瞬态温度场以及各节点的焊接热循环曲线.模拟结果表明:摆动焊接过程中,当热源接近时,焊缝附近节点的温度瞬时上升至1000℃以上,热源经过后,温度又降至200℃以下;与焊接方向垂直截面处节点的最高温度值随节点远离焊缝中心而逐渐降低;焊缝附近节点温度为200℃以下时,升温速度平缓,200℃以上则升温速度明显增大;摆动焊接过程中,焊件上形成宽而短的近似于圆形的熔池.     

7075铝合金搅拌摩擦焊模拟与实验研究

搅拌摩擦焊解决了7075铝合金难焊接问题,但焊接过程中复杂的温度、流场变化容易造成焊缝缺陷.本文利用FLUENT软件模拟研究了7075铝合金焊接过程温度场与流场的变化规律,并对模拟结果进行了验证.结果表明:前进侧焊接温度高于后退侧,但其材料流速低于后退侧,焊缝最高温度出现在轴肩边缘内侧.搅拌头转速越大,焊接速度越小,则焊接温度越高;搅拌头转速越大,材料流速越快,焊接速度对材料流速影响越小.在本文实验条件下,在转速-焊接速度为800r/min-100mm/min 时,可得到无缺陷焊缝.     

搅拌头结构对搅拌摩擦焊缺陷形成机制的影响

采用不同结构的搅拌头和工艺参数,焊接热输入和材料流动行为不同,焊缝缺陷的类型也不同.基于Deform软件建立了A7N01材料搅拌摩擦焊仿真模型,通过焊接试验的测温曲线和缺陷完成了模型准确性评价.对比分析了3种搅拌头对焊接缺陷形成的影响.搅拌头结构不同,不同深度处的材料粒子点的切向填充速度不同.圆台搅拌头焊接多出现隧道缺...     

6mm厚货车用铝合金板摩擦搅拌焊试验研究

摩擦搅拌焊技术已成为铝合金焊接的重要手段。针对5052和6061-T6两种6 mm厚铁路货车使用的铝合金板材,采用摩擦搅拌焊设备进行焊接试验;并进行了相关检测,研究不同工艺参数对焊接质量的影响。结果表明:提高搅拌头的转速和降低焊接速度有利于降低设备的主轴轴向受力。在低转速时,摩擦搅拌焊的焊接质量较差,焊缝结构疏松,容易出现焊缝缺陷;当转速提高到1 200 r/min时,热输入能量适中,焊缝表面光滑明亮,表观质量良好。由焊缝表观可以发现,提高焊接进给速度后,焊缝表面光亮度下降,纹路变得明显,表面变得粗糙;在较高的搅拌头转速下以不同焊接速度进行焊接,其焊缝内部基本无可见缺陷,质量良好;在相同的搅拌头转速和焊接速度下,6061-T6铝合金板焊接过程中主轴压力略低于5052铝合金板。     

2024铝合金控冷搅拌摩擦焊温度场数值模拟研究

基于Morfeo有限元分析平台,采用热流耦合、热力耦合相结合的方法,对空冷和水冷条件下2024铝合金搅拌摩擦焊初始阶段和稳定阶段的温度场分布、特征点焊接热循环进行了数值模拟,并对模拟结果进行了实验验证。结果表明:温度场高温区域均出现在搅拌工具轴肩下方的位置,且在搅拌工具后侧位置温度最高;空冷时各特征点焊接热循环的升温速率稍高于水冷的升温速率,而降温速率远远低于水冷时的速率。实际测试的焊接热循环与模拟预测值吻合较好。     

ANS500超级钢板焊接接头的低温韧性

利用熔化极气体保护焊工艺对500MPa级的ANS500超级钢板进行焊接.采用系列冲击试验对接头低温韧性进行了研究.测定了一系列低温韧性值,确定了其正常使用的温度范围.用能量法并辅助断口形貌观察确定了两种焊接工艺下接头韧脆转变温度(DBTT).用1.0mm焊丝焊接时,接头各部位的韧脆转变温度分别为焊缝-65℃,熔合线-70℃,热影响区(HAZ)低于-70℃,焊板安全使用温度为-65℃以上;用0.8mm焊丝焊接时,接头各部位的韧脆转变均在-70℃以下发生,其安全使用温度为-70℃以上.     

Al-Li合金搅拌摩擦焊技术的研究进展

Al-Li合金因其低密度、高比强度、高比刚度等优点,在航空航天领域得到了广泛的应用。作为新型的固态焊接技术,搅拌摩擦焊（friction stir welding,FSW）技术为Al-Li合金的工业化应用带来了新的发展前景。综述了近年来主要Al-Li合金（包括Al-Li-Cu、Al-Cu-Li、Al-Mg-Li）FSW技术的大致研究进展,总结了FSW工艺参数及后热处理工艺参数对焊接接头显微组织及力学性能的影响规律,并展望了未来的发展方向。     

基于焊接温度场的焊缝跟踪与熔透控制

研究了从焊接温度场中获取焊缝位置和熔透信息的方法，在此基础上设计了规则自调整模糊控制器，实现了MIG／MAG的焊缝跟踪与熔透控制．该系统已成功应用于螺旋管缝内焊自动跟踪与熔透控制．     

K型管节点焊接残余应力及其对应力集中系数的影响

采用有限元软件ANSYS,以K型管节点为研究对象,利用生死单元技术,模拟焊接过程和退火处理过程,研究管节点的焊接残余应力,得到焊接温度场和应力场的分布。分别对考虑焊接残余应力与不考虑焊接残余应力而只考虑焊缝对结构影响的管节点模型施加轴向载荷,计算这两种模型的热点应力集中系数,得到焊接残余应力对管节点应力集中系数的影响。结果表明:对焊接管节点进行退火处理可以显著降低焊接残余应力,降低发生变形和断裂失效的风险,大幅度提高管节点的安全性能;管节点结构中热点位置及热点应力集中系数与尺寸参数、载荷类型、加载方式、焊缝结构等有关。     

TIG焊工艺对5083铝合金焊接接头力学性能的影响

5083铝合金焊接接头的力学性能是影响产品质量的关键因素之一.设定不同TIG焊工艺,用6012铝合金焊丝对10 mm厚的5083铝合金板进行焊接.焊接试样分为四组,在氩气流量、层间温度相同的情况下,四组试样分别采用五层不同焊接电流、焊速、不填丝自熔或加硼方式的焊接工艺.通过对四组试样进行拉伸实验、断口形貌观察,结合金相组织分析,探究TIG焊工艺对5083铝合金焊接接头力学性能的影响.结果表明：中厚板5083铝合金TIG焊接,采用6012铝合金焊丝,层间温度控制在80 ℃,第五道焊道采用不填丝自熔时,焊接接头的综合力学性能最好.     

微弧氧化处理提高AZ31B镁合金搅拌摩擦焊焊缝的耐蚀性

为提高镁合金焊接接头的耐蚀性,对6mm厚的AZ31B板材搅拌摩擦焊焊缝进行微弧氧化处理,并研究焊缝的微观组织、截面显微硬度及其微弧氧化前后的耐蚀性.结果表明:接头的微观组织明显分为3个区域:焊核区、热机械影响区及热影响区,并且接头整体硬度低于母材,焊接时焊核部位出现软化现象,导致其硬度最低.盐水浸泡实验和电化学测试表明,微弧氧化前焊缝的耐蚀性低于母材,经过微弧氧化处理后,焊缝表面形成一层致密光滑的陶瓷膜,极大提高其耐蚀性.并且,经同工艺微弧氧化处理后,焊缝表面微弧氧化膜要比母材的微弧氧化膜厚.     

汽车驱动桥壳焊接变形及焊接残余应力有限元仿真分析

汽车驱动桥壳焊接过程中复杂的温度场与焊接残余应力分布使桥壳产生了较大的焊接变形，利用CATIA建立桥壳三维模型， 使用Simufact Welding软件对其焊接温度场和焊接残余应力及焊接变形进行模拟分析，研究了装夹条件对桥壳焊接变形及焊接残余应力的影响.结果表明:桥壳焊接变形以桥壳两端向焊缝方向收缩翘曲变形为主，最大值为11.63mm，桥壳焊缝的焊接残余应力以桥壳轴向方向的拉应力为主.在桥壳焊接冷却阶段，延长夹具对桥壳的约束控制时间(600s)可以有效地减少桥壳的焊接变形及焊接残余应力，与桥壳焊接的全自由冷却(保持夹具对桥壳的冷却控制时间30s)相比，桥壳焊接变形减小了20%~26%.     

高速列车用6005A铝合金厚板的焊接工艺

采用半自动MIG焊完成了厚度为12mm的6005A-T6铝合金板材的连接,通过正交试验研究了焊接工艺参数对焊接接头抗拉强度及焊缝表面质量的影响.结果表明,各工艺参数对焊接接头抗拉强度影响显著性从大到小依次为:焊接电流,焊接电压,焊接速度和预热温度.考虑焊缝表面质量因素,各工艺参数影响显著性从大到小依次为焊接速度、预热温度和焊接电流.本研究条件下最佳MIG焊接6005A-T6板材的工艺参数为:预热温度200℃,焊接电流180A,焊接电压18.0V,焊接速度12mm/s.焊接后试样接头热影响区内晶粒平均尺寸小于5μm,且无过分长大现象.焊接后板材拉断时为韧性断裂.