聚丙烯板材搅拌摩擦焊工艺

为了获得更好的连接效果,采用先进的搅拌摩擦焊方法,对10 mm厚的聚丙烯板材工艺焊接性进行了试验.采用头部直径D1=10 mm和轴肩直径D2 =30 mm的搅拌头,在旋转速度n=3 000 r/min,焊接进给速度v=25 mm/min时,焊缝成形效果最好.结果表明,对于一定厚度的聚丙烯板材,只要焊接参数选用恰当,采用搅拌摩擦焊就能形成良好的焊缝.     

旋转速度对静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的影响

针对3 mm厚的2024-T4铝合金,采用ABAQUS软件建立静止轴肩搅拌摩擦焊热源三维模型,分析2024-T4铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的有限元模拟,研究了恒定150 mm/min焊接速度下,旋转速度从800 mm/min到1 200 mm/min对焊接接头残余应力的影响。结果表明：常规搅拌摩擦焊焊缝横截面高温区域呈现碗状分布,而静止轴肩搅拌摩擦焊呈类似于搅拌针形貌分布。相比于常规搅拌摩擦焊,静止轴肩可以获得更窄的搅拌区宽度,并且有效降低焊缝中心的峰值温度。焊后垂直于焊缝区域的纵向残余应力呈现“M”形分布,随着搅拌头旋转速度的增大,两种工艺下的焊后残余应力均增大。此外,静止轴肩在焊接过程中对焊缝区域持续碾压,使得焊后试样的纵向残余应力峰值相比较于传统搅拌摩擦焊能降低45.6%。     

防锈铝搅拌摩擦焊接

通过大量试验研究了防锈铝LF21搅拌摩擦焊接技术,深入分析了防锈铝搅拌摩擦焊接头的金相组织和力学性能,并探讨了焊接参数对组织性能的影响.对于3mm厚的防锈铝板,优化的搅拌头材料为ICr18Ni9Ti,形状为圆锥带凹面形,轴肩尺寸为φ12mm,焊针跟部直径为4mm,焊针端部直径为2.8mm,焊针高度为2.7mm.优化的焊接工艺参数范围为旋转速度950-1 500 r/min,焊接速度37.5～60mm/min.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,推动中国搅拌摩擦焊接技术在铝焊接中的应用.     

不锈钢搅拌摩擦焊搅拌头温度场模拟

搅拌头技术是搅拌摩擦焊工艺的关键技术,不绣钢搅拌摩擦焊一个重要的难点是确定不锈钢搅拌摩擦焊搅拌头的材料.此材料要求在1000℃或更高的温度下具有良好的耐磨性和韧性.采用搅拌摩擦焊工艺对3 mm厚0Cr18Ni9不锈钢板进行了对接焊接.利用有限元软件DEFORM-3D初步模拟了在旋转速度600 r/min,焊接速度70 mm/min下焊接不锈钢时搅拌头的温度场分布.结果表明,模拟结果与实测结果基本吻合.     

高密度聚丙烯板半自动化机器人搅拌摩擦焊接参数优化

采用搅拌摩擦焊可进行热塑性材料的连接,通过搅拌头和工件间摩擦产生的焦耳热得以实现。相对于搅拌摩擦焊接的热塑性塑料,传统工具会在所焊接试样的背面产生一道焊缝,该焊缝会在根部形成缺陷,从而降低整个试件的抗拉强度。选用的高密度聚乙烯板具有高透明度,能够实时分析其在焊接过程中产生的形态变化。设置焊接参数为:探头自身旋转速度800~1 200 r/min,横向行进速度40~200 mm/min,轴向力1~5 k N。此外,还分别选用高度为5 mm的方形、柱形及具有一定角度的探头对试样进行焊接,最终通过检验焊缝处抗拉强度和观察微观结构来评估焊缝质量。     

7A52铝合金搅拌摩擦焊的焊缝成形

针对7．6mm厚的7A52铝合金，研究了搅拌头的形状和焊接工艺参数对焊缝成形的影响，分析了搅拌摩擦焊缺陷产生的原因。结果表明，搅拌头的形状决定了焊接时焊缝成形的旋转速度范围；搅拌头旋转速度、焊接移动速度、焊接倾角、搅拌头轴肩压入被焊接件表面深度等都对搅拌摩擦焊焊缝成形有重要影响，只有合适的工艺匹配才能保证焊缝成形良好。     

搅拌针前进阻力的动态测量与分析

对4 mm厚L2Y2铝板搅拌摩擦焊时搅拌针受到的前进阻力进行了动态测量,对影响前进阻力的因素进行了分析.结果表明:搅拌摩擦焊过程开始后,前进阻力要经过一个先急剧上升,达到峰值后又迅速下降,到某一定值后稳定下来的过程.在其他条件不变的前提下,仅提高搅拌针的旋转速度使峰值阻力和稳态阻力都下降,达到峰值和稳态阻力的时间都缩短;仅提高焊接速度使峰值阻力和稳态阻力都上升,达到峰值阻力和稳态阻力的时间都延长,但变化幅度很小;搅拌工具肩部直径和搅拌针直径的影响比较复杂.在一定的尺寸范围内,增大肩部直径会起到增大旋转速度的效果,而增大搅拌针的直径与增大肩部直径的效果相反.     

搅拌头形状对塑料搅拌摩擦焊接头质量的影响

采用圆柱形、螺柱形、正圆锥形、倒圆锥形等形状的搅拌头对厚10mm聚氯乙烯板进行了搅拌摩擦焊试验.结果发现,当搅拌头转速ω=1 660 r/min,焊接速度v=25 mm/min时,采用正圆锥形的搅拌头可得到焊合良好、成形饱满的焊缝;采用圆柱形的搅拌头,也能得到焊合良好、表面光滑、成形美观的焊缝;采用倒圆锥形和螺柱形搅拌头焊接的接头焊合不良,质量较差.焊接时的测温结果表明,硬PVC塑料最佳的搅拌摩擦焊温度范围应为180～190℃,高于200℃会出现烧焦现象,低于170℃则会焊合不良或不能焊合.     

工艺参数对铜/钢搅拌摩擦焊焊缝成形的影响

用搅拌摩擦焊方法焊接了10mm厚的紫铜和低碳钢板,并就工艺参数对焊缝成形的影响进行了研究.结果表明:搅拌头的旋转速度越高,焊缝表面氧化程度越大;焊接速度越大,出现缺陷的现象越严重.采用右螺纹搅拌针的搅拌头进行焊接时,在焊核区底部容易出现孔洞型缺陷.在搅拌头旋转速度为475 r/min,焊接速度为47.5 mrn/min时能获得无缺陷的铜/钢搅拌摩擦焊接头.     

工艺参数对铝镁搅拌摩擦焊焊缝成形质量的影响

工艺参数对铝镁异种材料搅拌摩擦焊接头质量有着重要影响,研究了焊接速度,搅拌头旋转频率,材料放置位置,搅拌头正反转及偏移等工艺参数对7075铝合金与AZ31B热挤压态镁合金异种材料搅拌摩擦焊对接接头成形质量的影响.结果表明,在搅拌针旋转频率为13 r/s,焊接速度为30 mm/min下可获得较好的焊缝成形质量;另外,要获...     

ZK60镁合金自持式搅拌摩擦焊工艺

采用直径为16 mm且表面刻有逆时针旋转的螺旋槽的轴肩,直径为6 mm的圆柱形光面搅拌针且沿长度方向加工三个对称平台的自持式搅拌摩擦焊搅拌头,成功进行了3 mm厚ZK60镁合金薄板自持式搅拌摩擦焊,研究了焊接参数对接头表面成形、缺陷的形成及力学性能的影响。研究结果表明,搅拌头旋转速度为600r/min不变,焊接速度较低时,接头上、下表面产生沟槽缺陷,增大焊接速度获得表面无缺陷的接头,过分增加焊接速度,在前进侧和后退侧分别形成线状缺陷和孔洞缺陷,接头的力学性能随焊接速度的增大线增大后减小;采用焊接速度为400 mm/min不变,采用较低的搅拌头旋转速度时,接头表面鱼鳞纹均匀、成形美观、接头表面和内部均无缺陷,旋转速度过分增大,鱼鳞纹粗糙,在前进侧和后退侧接头内部分别产生线状缺陷和孔洞缺陷,接头力学性能随搅拌头旋转速度增大而减小。接头最大的抗拉强度为270 MPa,断后伸长率为8. 92%,接头强度系数达到87%。     

基于CEL模型的搅拌摩擦焊接7055铝合金仿真模拟

基于耦合的欧拉—拉格朗日(CEL)模型,建立了高可靠性、高精度的搅拌摩擦焊7055铝合金热力耦合计算模型,开展了焊接工艺参数对7055铝合金焊接接头温度、等效应变以及缺陷预测结果的影响规律的研究,并分析和讨论了搅拌摩擦焊试验验证模拟结果的可靠性. 7055铝合金搅拌摩擦焊CEL模型预测结果表明,温度和等效塑性应变与转速呈正比,与焊接速度呈反比,这主要与焊接工艺参数影响轴肩与7055铝合金的摩擦生热及材料的流动,使焊接温度和等效塑性应变值发生变化有关.当焊接速度在60 ? 300 mm/min、转速在300 ? 1 200 r/min范围内,焊接温度均低于7055铝合金熔点,当焊接速度增加到300 mm/min时,由于产热不足,温度和等效塑性应变均降低,此时在焊接接头处容易产生孔洞缺陷.7055铝合金搅拌摩擦焊试验结果表明,当转速为600 r/min、焊接速度为180 mm/min时,7055铝合金接头组织致密,接头抗拉强度达到489 MPa,断后伸长率为4.0%.当焊接速度提高至300 mm/min时,接头抗拉强度为411 MPa,断后伸长率仅为1.0%.这与产热不足导致接头处结合较差有关,与模拟结果一致.     

LY12搅拌摩擦焊接技术

搅拌摩擦焊接是一种新兴的焊接工艺,本文作者在立式铣床上配置辅助夹具,对LY12铝合金做了大量的搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding)工艺试验,在焊接过程中捕捉到一些与接头形成相关的理化信息,进而探讨了FSW接头的形成机理,初步优化了LY12铝合金FSW工艺参数,分析研究了搅拌头形状、旋转速度、焊接速度对FSW接头质量的影响。试验结果表明,焊接厚度为4mm的LY12铝合金,夹持器与特形指棒直径之比3：1为好,特形指棒直径与焊件厚度之比1：1为好。焊接速度选择37．5mm/min。搅抖头旋转速度选择2000r/min时,接头质量良好。本文试验结果为进一步研究开发搅抖摩擦焊接技术奠定了一定的理论与试验基础。     

Numerical Simulation for the Optimization of Polygonal Pin Profiles in Friction Stir Welding of Aluminum

The tool with polygonal pin profile has been widely employed in friction stir welding(FSW) of aluminum, but there is hardly an effective optimization methodology existed as the thermomechanical characteristics affected by pins with various flats number have not been understood comprehensively. Therefore, the present work employs a 3-dimensional computational fluid dynamics(CFD) model to have an integrated observation of the FSW process with the effect of polygonal pin profiles. Both the heat generation modes due to contact friction at the tool–workpiece interface and volumetric viscous dissipation in the vicinity of the tool are considered. The model is utilized to give a quantitative analysis of the heat generation, temperature distribution, plastic material flow and welding loads during the FSW process for various tools with polygonal pin profiles, as well as a variety of shoulder diameters, welding speeds and tool rotation speeds. The calculated results of thermal cycles, tool torques and joint cross sections for some typical polygonal pins and welding parameters are all found to be compared well with the experimental ones, which demonstrates the feasibility and applicability of the present numerical model. Particularly, a methodology is developed for the optimization of the flats number by identifying the torque components in both parallel and vertical direction of the pin-side flat region. The results show that the optimized pin flats number increases with increasing tool rotation speed, while the influence of both welding speed and shoulder diameter can be supposed to be insignificant. Moreover, the dependability of the optimized results is also discussed by considering wear tendency and service life of the pin for multiple welding conditions.     

6082-T6铝合金无减薄搅拌摩擦焊接头组织与性能

为解决传统搅拌摩擦焊接过程中的焊缝减薄问题,以轨道交通领域常用的6082-T6铝合金作为研究对象,从轴肩下压量为零的角度出发,通过轴肩端面圆形内凹槽及搅拌针周向螺纹复合三铣平面的设计,获得了无减薄且成形良好的焊接接头. 结果表明,当焊接速度一定时,转速的增加可提高焊接热输入,抑制焊缝缺陷的产生. 相较于转速400, 600 r/min下的接头可焊区间得到了有效拓宽,焊接速度最高可达400 mm/min;焊接过程的热循环受焊接速度与转速的耦合作用. 焊接热循环过大,焊缝易出现粗大组织,影响焊接接头的强度. 在转速600 r/min、焊接速度500 mm/min的参数下,接头抗拉强度达254 MPa,为母材强度的80%.     

工艺参数对复合搅拌摩擦点焊接头力学性能的影响

采用LF21铝合金研究了复合搅拌摩擦焊时焊接工艺参数(旋转速度、旋转半径)对焊接接头力学性能的影响.结果表明,当其它焊接参数一定时,焊点的力学性能随着搅拌头旋转速度的增加而增加,当搅拌头的旋转速度增加到1 200 r/min时,焊点的剪切力达到最大值为3.47 kN,随着搅拌头旋转速度的进一步增加,焊点的力学性能开始降低.改变旋转半径,焊点的力学性能随着旋转半径的增加而增加,当旋转半径达到0.5 mm时,焊点的剪切力达到最大值为3.47 kN,然后,随着旋转半径的继续增加,焊点的力学性能开始降低.LF21铝合金的复合搅拌摩擦点焊焊点的微观组织与直插式搅拌摩擦点焊不同的是,在塑性环的边上形成了一个由第二层塑性环形成的"耳朵形"区域.     

2024-T3铝合金搅拌摩擦焊接中搅拌头尺寸和搅拌针形状影响的数值模拟

采用完全热力耦合模型研究了搅拌针直径、轴肩直径以及搅拌针锥角对2024-T3铝合金搅拌摩擦焊接过程中热生成、材料变形和能量历史的影响。结果表明：相比搅拌针接触面,轴肩接触面对搅拌摩擦焊接的热生成起主要作用。增加轴肩直径和减小搅拌针直径均能增加焊接温度,但是轴肩尺寸变化的影响更为明显。与6061-T6铝合金的搅拌摩擦焊接过程相比,2024-T3铝合金搅拌摩擦焊接的能量输入明显增加,同时塑性耗散与摩擦耗散的能量比减小。     

6mm厚6061-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺方法研究

针对6 mm厚6061-T6铝合金板材,设计制造了不同结构形式和尺寸规格的双轴肩搅拌摩擦焊工具,并对搅拌摩擦焊工具的结构形式和尺寸规格对焊接过程及焊接接头质量的影响进行了系统的分析研究：设计制造了两体式和三体式双轴肩搅拌摩擦焊工具,并对两种结构形式进行分析;设计制造了环状轴肩和凹面轴肩,通过焊接工艺试验得知凹面轴肩焊缝成形性优于环状轴肩;设计制造了正-反螺纹搅拌针、正螺纹搅拌针、整圆柱搅拌针和圆柱铣扁搅拌针;圆柱铣扁搅拌针焊缝焊接质量优于其他三种结构形式的搅拌针。采用凹面轴肩和圆柱铣扁搅拌针组装成的搅拌头,对6 mm厚6061-T6铝合金板材进行焊接,在主轴转速为800 r/min、焊接速度为150 mm/min工艺参数下,焊接接头得到最大抗拉强度值为220MPa,达到母材抗拉强度（315 MPa）的70%。     

Modeling the Material Flow and Heat Transfer in Reverse Dual-Rotation Friction Stir Welding

Reverse dual-rotation friction stir welding (RDR-FSW) is a novel modification of conventional friction stir welding (FSW) process. During the RDR-FSW process, the tool pin and the assisted shoulder are separated and rotate with opposite direction independently, so that there are two material flows with reverse direction. The material flow and heat transfer in RDR-FSW have significant effects on the microstructure and properties of the weld joint. A 3D model is developed to quantitatively analyze the effects of the separated tool pin and the assisted shoulder which rotate in reverse direction on the material flow and heat transfer during RDR-FSW process. Numerical simulation is conducted to predict the temperature profile, material flow field, streamlines, strain rate, and viscosity distributions near the tool. The calculated results show that as the rotation speed of the tool pin increases, the temperature near the tool gets higher, the zone with higher temperature expands, and approximately symmetric temperature distribution is obtained near the tool. Along the workpiece thickness direction, the calculated material flow velocity and its layer thickness near the tool get lowered because the effect of the shoulder is weakened as the distance away from the top surface increases. The model is validated by comparing the predicted values of peak temperature at some typical locations with the experimentally measured ones.     

轴肩压入深度对AA2024/AA2024搅拌摩擦焊接头连接质量的影响

通过调节轴肩压入深度,研究了板厚3 mm的AA2024/AA2024搅拌摩擦焊接头连接质量的变化规律.结果表明,无轴肩压入深度时,AA2024/AA2024接头的搅拌针前进侧存在“隧道”缺陷；随着轴肩压入深度的增加,“隧道”缺陷逐渐消失,接头界面轴肩搅拌区出现氧化物夹杂缺陷(S线),并呈现先增后减的演化规律,在焊核区底部也出现S线,并呈现逐渐增大的分布规律；焊接速度100 mm/min,旋转频率为800 r/min,轴肩压入深度为0.2mm时,3 mm厚AA2024/AA2024对接接头抗拉强度达到370MPa,断面收缩率达到3.4％.