搅拌摩擦焊接过程温度场动态仿真

推导了一种简易直观的搅拌摩擦焊接热源模型,并将模型应用于焊接过程温度场动态仿真,得到了焊接过程中不同时刻和位置处的热循环曲线,确立了温度场在时间和空间上的分布规律,并研究了不同焊接工艺参数时的温度场.结果表明:焊接最高温度为496.5℃,低于铝合金的熔点;沿焊缝不同位置处的温度值依次从初始温度迅速升高到最高温度500℃左右,然后又缓慢回复到初始温度附近;离焊缝越近,温度升高得越剧烈,最高温度越高;焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接过程温度场影响显著.     

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.     

LY12铝合金的搅拌摩擦焊接工艺研究

根据摩擦搅拌焊接(FSW)的固相塑性连接工艺特点,在FSW焊机上进行大量的LY12铝合金连接试验.针对接头成型特点、微观组织及力学性能等,研究了焊接规范参数对于焊缝成型的影响,确定了最佳焊接参数.结果表明,当转速在1050r/min时,随焊速增加,接头强度下降;在焊速20～60mm/min内焊接时,接头强度下降不很明显,因此在此范围内均可得到强度较高的接头.其中焊速在20mm/min时可得到强度最高的接头,其强度值为320MPa,是母材强度的73%,而用常规焊接方法进行连接时强度只有60%～70%.     

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.     

2024铝合金的搅拌摩擦焊接工艺及显微组织

对厚度为 6mm的 2 0 2 4铸铝合金板做了搅拌摩擦焊接工艺试验 .通过对焊接件拉伸强度测试 ,以及在光学显微镜和扫描电镜下对焊缝和基体显微组织的观察 ,发现焊缝比基体具有更细小的晶粒组织 ,粗大的θ(CuAl2 )相被破碎 ,且有害杂质相容易在晶界上析出 .试验结果表明 ,焊接速度为 30mm/min和焊接头旋转速度为 10 0 0r/min时 ,可以获得良好的焊接质量 .图 5 ,表 2 ,参 6     

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。     

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...     

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。     

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。     

2219-T87超声辅助搅拌摩擦焊接头组织与性能

为了研究超声辅助对2219铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响,采用超声辅助搅拌摩擦焊方法对3mm厚2219-T87铝合金板进行对接焊试验.对接头进行微观组织分析、力学性能测试、三维应变测试、断口扫描及XRD实验分析.结果表明,在搅拌摩擦焊接过程中加入高频超声振动,焊缝抗拉强度提高了8.48%,断裂应变提高了9.25%,同时有效改善了焊接接头微观组织的上下不均匀性,增大了焊缝底部横截面尺寸,对焊缝底部缺陷有明显的抑制作用,且通过XRD试验,发现在搅拌摩擦焊过程加入超声后,由于焊接温度的下降,使得强化相θ″相与θ′相长大聚集程度下降,同时粗大的θ相粒子聚集程度降低,使焊缝综合力学性能得到提高.     

铝合金回填式搅拌摩擦点焊负载测量分析

利用测力传感器对6082-T6铝合金回填式搅拌摩擦点焊过程中的Z向负载进行了测量,研究了搅拌摩擦点焊过程中不同焊接工艺参数(轴肩转速、搅拌针转速、扎入/回抽时间和扎入深度等)对负载的影响.结果表明,铝合金搅拌摩擦点焊试验中负载曲线可分为压紧环下压区、轴肩扎入区、搅拌针回填区和搅拌头卸载区四个部分.试验负载随轴肩(或搅拌针)转速的增大出现波动下降的趋势;焊接负载随轴肩扎入/回抽时间的增加而逐渐降低;焊接负载也随轴肩扎入深度的变化而变化,但没有发现特定影响规律.     

半固态搅拌摩擦焊温度场分析及组织验证

为避免由材料流动不足而导致的焊接缺陷以及降低焊接过程中的作用力,提出了半固态搅拌摩擦焊. 本文以2024-T3铝合金为研究对象,进行了焊接过程中温度及显微组织分析. 温度的模拟及测量结果表明:当搅拌头的旋转速度为1600r·min-1、焊接速度为150mm/min时,稳态时焊核区的温度峰值达到了518℃,超过了焊材的固相线. 空冷条件下常规搅拌摩擦焊与水冷条件下的半固态搅拌摩擦焊焊核区的显微组织对比结果表明,利用搅拌头摩擦产热的方法可使搅拌区呈现液态金属母液中均匀悬浮着近似球形晶粒的半固态组织.      

搅拌摩擦焊搅拌头疲劳失效的模拟研究

利用ANSYS Workbench与ANSYS nCode Designlife分别建立了搅拌摩擦焊过程搅拌头的静力学与疲劳模型. 结合搅拌摩擦焊过程中搅拌头受到的作用力载荷谱,以及推导出的搅拌头扭矩的计算公式,讨论了前进阻力、侧向力、下压力和扭矩对搅拌头疲劳寿命的影响. 仿真结果表明,搅拌摩擦焊接过程中搅拌针的根部是主要的应力集中区,造成搅拌头疲劳失效主要发生在搅拌针根部. 前进阻力是造成搅拌头疲劳失效的主要原因,侧向力及扭矩对疲劳失效的作用则比较小,下压力对于搅拌头的疲劳寿命的增加有利.      

铝合金氧化膜厚度对搅拌摩擦焊接接头组织和性能的影响

对表面氧化膜厚度不同的6005A-T4铝合金挤压板材进行搅拌摩擦焊接,观察接头宏观形貌、显微组织,并测试拉伸力学性能,研究氧化膜厚度对焊接后接头组织和力学性能的影响。试验结果表明：在搅拌头转速1 200 r·min^-1和焊速750 mm·min^-1时,可获得质量良好的接头;通过表面处理改变母材焊接前氧化膜厚度,由自然状态下5 μm增至30 μm,可使焊接接头抗拉强度由194.9 MPa下降至177.1 MPa,接头强度系数由82.56%下降到72.38%,说明氧化膜厚度对接头强度有极大影响;通过对接头处断口进行扫描电子显微镜和能谱分析,确定S曲线中“黑色物质”主要成分为Al₂O₃,而且大量氧化物颗粒形成的弱连接是导致接头抗拉强度下降的主要原因。     

疲劳裂纹的搅拌摩擦焊维修效果分析

飞机结构疲劳裂纹严重影响了飞机的安全性,为评估搅拌摩擦焊维修疲劳裂纹的效果,设计规划了壁板结构含裂纹损伤的静力、疲劳维修试验件以及相应的对比试验件,进行了标准的静力、疲劳以及裂纹扩展试验,并对试验结果进行概率分析,给出了搅拌摩擦焊维修后的静力承载性能恢复程度以及不同存活率下的裂纹扩展速率公式。结果表明,搅拌摩擦焊维修后力学性能优良,可以有效地延长结构的使用寿命,为工程应用提供技术参考。