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...     

Zr_(44)Ti_(11)Ni_(10)Cu_(10)Be_(25)块体金属玻璃与紫铜的搅拌摩擦焊接

采用搅拌摩擦焊接技术对Zr44Ti11Ni10Cu10Be25块体金属玻璃和紫铜进行了连接,当旋转速度为600r/min、摩擦头直径为2mm、焊接速度为40mm/min、轴肩直径为12mm、压入量为0.1mm时,能够成功实现焊接,利用XRD、DSC、SEM观察分析未检测到晶化相,焊缝处试样仍保持非晶状态。     

防锈铝搅拌摩擦焊接超塑性行为研究

新型的搅拌摩擦焊接工艺通常通过焊接参数的设置使材料达到塑性状态从而实现连接。而超塑性变形比塑性变形应力更低,变形量更大,更加有利于材料的加工。本文通过对防锈铝搅拌摩擦焊接头焊缝金属的高温拉伸试验,探讨了搅拌摩擦焊接头焊缝金属的超塑性行为,以期望选择合适的参数来使材料达到超塑性状态,形成良好的接头。试验结果表明:在450℃,夹头速度为0.6mm/min的情况下得到的最高延伸率为91%。从应力应变曲线初步计算得到m值为0.534。可以初步判定,在450℃附近,有超塑性现象。本研究的成果可应用于有色金属材料搅拌摩擦焊接参数的优化,深入研究其接头形成机理以及与其相关的技术理论,推动搅拌摩擦焊接技术的发展。     

T2紫铜与H62黄铜异种材料间的搅拌摩擦焊工艺研究

针对T2紫铜与H62黄铜异种材料进行了搅拌摩擦焊工艺研究.通过实验分析了不同板厚的紫铜和黄铜在各种工艺参数下的焊缝成形、接头微观组织及接头力学性能,并从微观角度分析了两种材料在接头中的分布情况及交界处的物相成分.实验表明,合适的焊接工艺参数可以获得组织、性能优良的紫铜-黄铜接头,接头交界处存在过渡带,宽度约为1~10μm的过渡物质.研究还发现接头显微硬度、平均抗拉强度介于黄铜与紫铜之间.     

搅拌摩擦焊技术应用与研究

 在搅拌摩擦焊技术发展的10余年间,从最初的铝合金焊接发展到多种金属轻合金和非金属材料的焊接,因其固相连接的技术优势得以迅速推广。文中对搅拌摩擦焊技术研究的成果与主要研究方向予以阐述,总结了焊接材料、搅拌头结构与材料、金相组织结构与力学性能、运动学和动力学模拟,以及焊接工艺与设备研究现状与应用前景。对于焊接材料研究,已经涉及具有高温流动塑性的金属和非金属材料;各类焊接材料与搅拌头结构及焊接工艺参数的工艺数值优化也在不断规范;金相组织结构与力学性能的研究则为焊接机制研究及搅拌摩擦焊的推广应用提供理论依据;运动学和动力学模拟作为焊接工艺参数优化手段得以广泛使用;搅拌摩擦焊设备的研制国内已经起步,并由单一的固定式搅拌摩擦焊机向多种类型、智能虚拟化方向发展,为搅拌摩擦焊的推广奠定基础。随着搅拌摩擦焊技术研究和应用的深入,对连接技术的发展产生巨大的冲击和推动,特别是航天航空领域的应用,必将带动搅拌摩擦焊技术在国民经济各行业装备制造过程中的迅速发展,具有非常光明的应用前景。     

焊接速度对铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

以厚度3 mm的6061-T6铝合金板材搅拌摩擦焊对接接头为研究对象,建立热力耦合有限元模型,准确模拟了焊接过程的温度场分布及演变规律,采用光学显微观察、电子背散射衍射、显微硬度测量以及拉伸试验等表征方法,研究了焊接速度对焊接接头成形特性、显微组织和力学性能的影响机理.结果表明:接头焊核区在焊接过程中经历了完全动态再结晶,形成细小等轴晶;后退侧热影响区经历了动态回复,晶粒显著长大,晶界强化作用弱于焊核区晶粒;当焊接速度为300～800 mm/min时,接头焊缝成形良好,拉伸断裂均在焊缝后退侧热影响区,在焊接过程中受温度(400～480℃)影响显著,析出强化相溶解导致力学性能明显降低,在此焊接速度范围内,随速度的提高,接头强度增加,最高强度系数为80.86％(800 mm/min);当焊接速度进一步增加至1200 mm/min时,接头的焊接成形性变差,焊核区出现未焊合和隧道缺陷,接头拉伸试验时在焊核区发生断裂.     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头的热稳定性

5 mm厚7050铝合金搅拌摩擦焊接头在490℃固溶处理1 h,利用光学显微镜观察接头微观组织,研究接头焊核区组织的热稳定性.结果表明:焊核区的热稳定性与焊接参数有关,当以转速200 r/min,焊速20 mm/min的参数焊接后,焊核区组织稳定.而以转速600 r/min,焊速分别40、50 mm/min的参数焊接后,接头焊核区部分晶粒出现异常长大,热-机影响区与焊核区的交界面、焊核区根部是组织不稳定的源头.     

搅拌摩擦焊瞬态温度场数值模型的讨论

搅拌摩擦焊温度场数值模拟工作多侧重于产热模型及温度场分布规律等方面的研究,关于数值模型及其计算效率方面的报道相对较少。本文对AL6061-T6铝合金板材搅拌摩擦焊接过程瞬态温度场进行了模拟,对数值模型的相关问题进行了研究。在保证模拟结果与实验结果相符合的前提下,为提高计算效率,给出了合理的模型尺寸;分析了网格尺寸对温度场的影响;探讨了网格分区划分方案;分析了轴肩与搅拌针产热分配对温度场的影响。结果显示：模型宽度随板厚增加线性增大,而模型宽度与轴肩直径的比值随板厚的增加线性减小;有限元网格尺寸为1 mm时能有效地模拟温度场;焊缝中心处轴肩直径范围内的网格应当细化;合理的轴肩与搅拌针产热比例分别为75%和25%。     

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.     

搅拌头形状对搅拌头受力和温度的影响

为优化设计搅拌头,分别选用不同形状的搅拌头进行搅拌摩擦焊接,研究搅拌头形状对搅拌头受力及温度的影响.实验采用三维测力系统和红外测温装置对搅拌头下压力和温度进行同步动态测量,得到搅拌头形状的影响规律.结果表明:凹陷型轴肩受力明显要高于平台型轴肩,锥形搅拌针受力大于柱形搅拌针;凹陷型轴肩产热优于平台型轴肩,锥形搅拌针产热优于柱形搅拌针;搅拌头形状对焊缝区形貌也有较大影响,凹陷型轴肩比平台型轴肩更有利于金属流动,焊缝区过渡平滑,锥形搅拌针比柱形搅拌针焊缝区平滑且前进侧和返回侧更对称.     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场的数值模拟

借助ANSYS有限元分析软件对240mm×280mm大方坯结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,系统研究了电磁搅拌参数对结晶器内磁场和电磁力的影响规律.结果表明:磁场在结晶器电磁搅拌器内产生的旋转电磁力在水平截面上形成一对力偶,驱使钢液顺时针旋转;结晶器高度方向上磁场分布呈"两端小中间大"分布特征.数值计算的磁感应强度与实测结果基本吻合.提出了杭钢大方坯45#钢电磁搅拌优化后的工艺参数为电流350A和频率3Hz,实验表明在此工艺参数下铸坯质量得到显著提高.     

气液固三相流在机械搅拌充气式浮选机内运动的数值模拟

针对机械搅拌充气式浮选机内部气液固三相流动比较复杂的情况,对有效容积为165 m3的大型机械搅拌充气式浮选机进行研究.采用Mixture多相流模型、k-ε湍流模型和雷诺时均 N-S方程,对浮选机内部的气液固三相流流动进行三维湍流数值分析.通过对内流场的数值模拟,分析机械搅拌充气式浮选机内部的流动,得出浮选机内部气液固三相的速度、体积分数、湍流强度和迹线等的分布规律.     

末端电磁搅拌位置确定及对SWRH82B钢中心偏析的影响

结合方坯连铸机二冷各段的实际情况,采用有限元软件ANSYS建立了传热数学模型,并利用射钉结果修正数学模型中各段的传热系数,提高数学模型的准确性.结果表明,利用修正过的数学模型可以模拟整个铸机的传热凝固过程.根据射钉和数值模拟结果,确定电磁搅拌位置.采用电磁搅拌后,铸坯中心碳偏析和缩孔下降.     

电磁搅拌对大方坯结晶器流场和液面波动的影响

针对260 mm×300 mm大方坯结晶器,采用有限元和有限体积法相结合的方法研究了电磁搅拌对结晶器流场和液面波动的影响.磁场模拟结果与现场实测数据一致.电磁搅拌使结晶器内钢液在水平截面呈旋转流动,在纵截面上形成两对回流方向相反的环流区,最大切向速度随电流和频率的增加而增大,结晶器自由液面的波动随电流和频率的增加而加剧.对于260 mm×300 mm大方坯轴承钢连铸,合理的结晶器电磁搅拌电流和频率分别是300 A和3 Hz.     

三种大管径翅管式换热器传热与阻力特性的试验研究

为考察不同翅片形式以及管排数对空气侧强化传热的影响，分别对9排和12排带平直、开缝、纵向涡3种翅片形式共6个翅片管换热器元件空气侧的传热及阻力性能进行了试验研究，发现开缝翅片管换热器的传热性能高于带纵向涡翅片管换热器和平直翅片管换热器，但阻力相应也增加，带纵向涡发生器的翅片传热性能略低于开缝翅片，但阻力却只比平直翅片稍大，这表明采用这种翅片形式可获得较好的综合性能．不同管排数的同一片型换热器的努塞尔数及阻力因子相差很小，可以认为与管排数无关．在试验的雷诺数范围内针对各个试件整理出了传热和阻力的经验关联式，可为相关的理论研究和工程应用提供参考．     

轿车轮胎地面摩擦力的研究

为了研究轿车轮胎地面磨擦力的作用效果,通过实验,利用测力装置测得轮胎地面摩擦力,并计算出附着系数.分析了轿车在启动、行驶、制动和转弯的过程中,整车的惯性力和轮胎转动的惯性力偶矩,以及由轮胎与地面的变形产生的滚动阻力偶矩.提出在几种行车状况下地面摩擦力和附着系数的计算方法,并通过算例进行讨论.     

旋流管束在不同支撑结构下的传热及流阻性能

在 4种不同折流板支撑条件下 ,对旋流管式换热器进行了传热与流阻实验研究 ,并根据 Bergles性能评价标准对实验结果进行了评价 ,得出了旋流管管束最佳支撑结构形式     

微肋阵通道沸腾起始点实验研究

以去离子水为工质,在质量流速G=292.8~412.2 kg/(m²·s),入口温度T_in=50.6~81.5 °C,热流密度q"=10.1~87.1 W/cm²的条件下,对圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道内沸腾起始点特性进行了实验研究。对微肋阵通道内单相对流传热和两相沸腾传热过程的分析结果表明,壁温和压降曲线的变化趋势均可作为沸腾起始点的判定依据。通过分析各实验参数对沸腾起始点热流密度的影响趋势,发现微肋阵通道内沸腾起始点热流密度随质量流速的增大而增大,但是随着入口温度的增大而减小;在相同工况条件下,圆形、菱形和椭圆形微肋阵通道沸腾起始点热流密度依次减小。     

2A12-T4铝合金再填充搅拌摩擦点焊过程中的材料流动行为和微观组织演变

In this study, we used the stop-action technique to experimentally investigate the material flow and microstructural evolution of alclad 2A12-T4 aluminum alloy during refill friction stir spot welding. There are two material flow components, i.e., the inward- or outward-directed spiral flow on the horizontal plane and the upward- or downward-directed flow on the vertical plane. In the plunge stage, the flow of plasticized metal into the cavity is similar to that of a stack, whereby the upper layer is pushed upward by the lower layer. In the refill stage, this is process reversed. As such, there is no obvious vertical plasticized metal flow between adjacent layers. Welding leads to the coarsening of S (Al₂CuMg) in the thermo-mechanically affected zone and the diminishing of S in the stir zone. Continuous dynamic recrystallization results in the formation of fine equiaxed grains in the stir zone, but this process becomes difficult in the thermo-mechanically affected zone due to the lower deformation rate and the pinning action of S precipitates on the dislocations and sub-grain boundaries, which leads to a high fraction of low-angle grain boundaries in this zone.