摩擦搅拌焊接过程温度场的测量分析

温度场的分布不仅影响到摩擦搅拌焊缝区的材料流动,而且直接影响到焊缝各个区域微观组织结构,从而决定了焊接件的性能。结合试验研究了焊接工艺参数,主要是焊接速度和搅拌头旋转速度对2024铝合金焊接过程温度场的影响规律,得到了温度场在时间和空间上的分布规律,以及温度随焊接速度和搅拌头转速的变化规律,并研究了转速/焊速比对温度场的影响。     

工艺参数对AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

以AZ31镁合金为研究对象，采用数值模拟和工艺试验相结合的方法，系统研究了焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接头温度场分布、微观组织以及力学性能的影响. 有限元数值模拟的结果表明，随着转速的增加或焊接速度的降低，接头产热逐渐增加，接头上层温度明显高于下层温度，说明搅拌摩擦产热主要来源于轴肩的摩擦运动，而搅拌针摩擦运动和材料的塑性变形只提供了少量的产热. 工艺试验结果表明，随着焊接速度的增加，接头晶粒尺寸降低，且组织均匀性得到改善. 随着转速的增加，接头晶粒尺寸不断增大，过渡区晶粒的均匀性变差. 拉伸过程中裂纹在焊核区与热力影响区之间的界面处萌生和扩展. 其中，转速为1400 r/min、焊接速度为300 mm/min的接头具有较好的力学性能，断后伸长率为16.5%，抗拉强度为252 MPa，分别达到母材的75%和90%.     

摩擦焊接过程数值模拟技术研究进展

根据摩擦焊接过程数值模拟存在的主要难点,重点介绍了摩擦焊接热输入、焊合区金属塑性变形、以及焊接过程主要参量场,如温度场、应力应变场有限元热力耦合分析的几种模型及其研究进展。文献研究表明,目前摩擦焊接过程物理参量场的数值模拟主要采用二维、非稳态、变物性模型。一般忽视辐射及对流换热。焊接界面上热流量可以根据扭矩曲线或摩擦系数分布曲线计算,热流分布采用均布或线性假设,近年来有关学者直接根据焊接材料的性能数据和设定的焊接规范参数进行摩擦焊接过程特征参量及相应物理参量场的模拟研究工作,并模拟了摩擦焊接过程的两种产热模型及其转化规律（摩擦初期的摩擦产热与摩擦后期的塑性变形产热）。     

工艺参数对摩擦叠焊单元成形过程的影响

基于摩擦焊技术特点,研究摩擦叠焊单元成形工艺,分析转速、进给速度和轴向压力这三个主要工艺参数对摩擦叠焊单元成形过程的影响。结果表明:焊接过程中选用高转速,可以显著提高产热速率,填充材料更容易达到塑性状态而与预制孔侧壁紧密结合,在与转速匹配较好的进给速度和轴向压力范围内,选用较高的进给速度和轴向压力更容易获得质量优异的接头。     

不同条件对摩擦塞焊第一阶段摩擦扭矩的影响

为研究焊接转速、进给速度以及塞棒锥角等不同条件下对摩擦塞焊第一阶段摩擦扭矩的影响,建立了摩擦塞焊第一阶段摩擦扭矩数学模型,并以7075-T6铝合金为对象进行多组摩擦塞焊试验。结果表明:在塞棒锥角相同的条件下,第一阶段的峰值扭矩以及达到该峰值扭矩所需时间均受焊接进给速度、焊接转速的影响,并且随着焊接进给速度的增大,峰值扭矩也会相应增大,随着焊接转速的提高,峰值扭矩则会相应减小,而增大焊接进给速度和转速都相应的减少达到峰值扭矩所需时间;随着塞棒锥角的增大峰值扭矩之前的摩擦扭矩会增大,但并不会对峰值扭矩和达到峰值扭矩所需时间产生影响。     

热量自适应搅拌摩擦焊热源模型

当前采用的温度场热源数值模型在准确表征焊接过程材料性能和产热机制与温度变化关系上存在困难.依据摩擦学原理,以材料屈服强度ReL为产热基本参数建立新型热源模型,产热量随温度、材料性能改变,实现搅拌摩擦焊产热自适应过程,更准确地描述了搅拌摩擦焊过程物理现象的本质.温度场试验与模拟结果的比较表明,该热量自适应热源模型具有较高的计算精度.     

焊接热过程和冶金过程

20095035 Inconel 718合金惯性摩擦焊温度场三维有限元数值模拟／卜文德…／／焊接．～2009（4）：39-43 根据能量守恒定律,在考虑摩擦面上周向摩擦对转速影响的基础上,提出了惯性摩擦焊的热输入模型,建立了Inconel 718合金惯性摩擦焊的三维有限元热力耦合模型,通过计算获得了其焊接过程中温度场的空间分布和时间分布,并分析了其变化特点。     

焊接热过程和冶金过程

20095035 Inconel 718合金惯性摩擦焊温度场三维有限元数值模拟／卜文德…／／焊接．～2009（4）：39-43 根据能量守恒定律,在考虑摩擦面上周向摩擦对转速影响的基础上,提出了惯性摩擦焊的热输入模型,建立了Inconel 718合金惯性摩擦焊的三维有限元热力耦合模型,通过计算获得了其焊接过程中温度场的空间分布和时间分布,并分析了其变化特点。     

X52管线钢水下摩擦圆锥塞焊接头组织特征

对X52管线钢进行了水下摩擦圆锥塞焊工艺试验，对不同焊接工艺参数下接头的微观组织进行了金相显微镜及扫描电镜观测，探讨了工艺参数对X52管线钢水下摩擦圆锥塞焊接头组织的影响. 结果表明，接头可以分为锻造区、最终摩擦界面、剪切变形区、结合区及热影响区. 其中剪切变形区呈层状结构，所形成的焊缝微观组织极不均匀，且出现粗大晶粒. 相比于焊接转速，轴向压力对X52管线钢水下摩擦塞焊接头组织的影响更显著. 摩擦塞焊接头组织与传统摩擦焊接头晶粒细化的特征不同，这是由于在“封闭式”摩擦焊过程中塞焊缝主要由剪切变形区组成.     

Initial temperature field’s simulation and analysis of 2024 aluminum alloy piate's friction stirring welding

搅拌摩擦焊下压过程中温度场的建立对工件的焊接质量有重要的影响.在搅拌摩擦焊接过程中,搅拌工具与焊接工件的摩擦接触关系及焊接工艺参数的选取,决定了焊接过程中工件的温度场分布.基于修正的库仑摩擦定律,建立了火箭燃料贮箱所用3mm厚2024铝合金材料搅拌摩擦焊接下压过程的热量输入模型,通过有限元分析得到了整个过程中的温度场分布.分析结果表明,该模型的下压阶段温度场计算精度较高.模型的计算结果对指导铝合金焊接初始下压过程中转速、下压速度及项锻力的大小等焊接工艺参数的选取具有重要意义.     

Numerical analysis of thermal process in continuous drive radial friction welding

A heat source model for radial friction welding was proposed, which was determined by friction pressure, friction coefficient, material properties and extrusion speed of material. A 3 D model was established to analyze the continuous drive radial friction welding temperature field of 45 steel pipe. The influences of friction pressure, friction time and rotation speed on the temperature of the friction interface were analyzed. The results showed that the temperature on the friction inter face rapidly rose to a peak temperature in initial friction stage and kept constant in the stable friction stage. Welding parameters of friction pressure, friction time and rotation speed had few influences on the peak temperature, while the increase of friction pressure and rotation speed could shorten the time to reach the peak temperature.     

高速列车铝合金车身双热源搅拌摩擦焊仿真

高速列车采用超长铝合金型材作为车身新材料。搅拌摩擦焊以固相连接原理成为高铁车身制造新工艺。针对单热源模型不足,考虑搅拌轴肩转动摩擦生热和搅拌头塑变剪切生热,建立搅拌摩擦焊双热源有限元模型。基于传统熔焊方式,实现满足搅拌焊特征的双面挤压型材接头变形设计。通过ANSYS二次开发,完成该工艺移动瞬态热交换数值仿真,获得焊接全程三维温度场分布,仿真结果与试验数据吻合良好。结果表明,该仿真模型可行．仿真结果合理,为高铁车身国产化制造工艺吸收和工艺优化提供参考。     

Mg-Ti旋转摩擦焊过程的摩擦产热及原子扩散行为(英文)

利用新型物理模拟装置进行Mg-Ti旋转摩擦焊过程产热机理及原子扩散行为的研究,该装置包含高速摄像、红外热成像及力学传感器系统。结果表明,摩擦焊过程中,摩擦因数经历两个稳态阶段的变化。第一个稳态阶段为库伦摩擦,以磨蚀为主要形式;第二个稳态阶段为粘着摩擦,以塑性流动为主要形式。另外,随着旋转转速及轴向压力的提高,轴向位移、摩擦温度及摩擦系数的增加率也随之明显提高。Mg-Ti摩擦焊过程存在原子的快速扩散现象,该过程中由摩擦大变形激活的扩散系数大约是热激活扩散系数的105倍。     

铝合金搅拌摩擦焊热源模型建模专家系统

在铝合金搅拌摩擦焊三维体积热源模型建模过程中,轴肩、搅拌针侧面以及搅拌针底面摩擦产热的热流密度加载范围存在不确定性,需校核确定,增加了建模难度。针对该问题,建立三维搅拌摩擦焊热源模型,并确定其不确定热源模型参数,研究了这些参数变化对焊缝温度场的影响规律。在此基础上,基于参数变化影响规律建立了搅拌摩擦焊热源模型参数库,设计了推理规则,形成实现快速建模的铝合金搅拌摩擦焊热源模型专家系统。基于搅拌摩擦焊实验温度场结果验证了专家系统功能,该系统显著降低了搅拌摩擦焊数值模拟建模难度,有利于促进铝合金搅拌摩擦焊数值模拟技术的普及应用。     

电模拟惯性摩擦焊接技术

为适应摩擦焊接设备的发展,降低制造成本,在对惯性摩擦焊接过程运动学方程分析基础上,结合电模拟惯量技术,开发出了电模拟惯性摩擦焊接技术及设备. 结果表明,电模拟惯性摩擦焊接过程中各参数随时间的变化规律,以及惯量大小对焊接参数的影响规律,符合惯性摩擦焊接的一般规律. 相同惯量下,电模拟惯性摩擦焊接与机械惯量惯性摩擦焊接过程转速曲线变化趋势一致. 采用电模拟惯性摩擦焊接技术,所需惯量可以设定成大于系统基本惯量,也可以设定成等于或低于系统基本惯量,还可以补偿主轴机械摩擦阻力对焊接过程参数的影响.     

搅拌摩擦固相修复技术研究现状及发展方向

金属结构件在生产和使用过程中易出现裂纹、孔洞和沟槽等缺陷,搅拌摩擦焊具有热输入量小、焊接变形小和焊接效率高等优点,在金属材料修复领域具有巨大的发展潜力。首先总结了搅拌摩擦焊修复的修复性能和特点。由于搅拌摩擦焊修复仅能修复裂纹及体积较小的沟槽等缺陷,对于其他类型缺陷难以有效修复。针对搅拌摩擦焊修复的局限性,介绍了基于搅拌摩擦焊原理的搅拌摩擦点焊修复和搅拌摩擦增材修复。搅拌摩擦点焊修复分为回填式搅拌摩擦点焊修复、填充搅拌摩擦焊修复和摩擦塞焊修复,主要用于匙孔等孔洞类缺陷的修复。阐述了各类搅拌摩擦点焊修复的工作原理、修复接头性能和强化方式,并对比分析了各类工艺的不足之处。搅拌摩擦增材修复分为复合增材修复和增材搅拌摩擦沉积修复,主要用于大面积、大体积类表面缺陷的修复,论述了各类搅拌摩擦增材修复的作用机制、沉积层性能和工艺特点。最后对搅拌摩擦点焊修复和搅拌摩擦增材修复存在的问题及未来发展方向进行了展望。     

耗材摩擦焊接过程热力耦合分析

以AA6061铝合金为试验对象,基于ABAQUS/Explicit建立耗材摩擦焊三维完全热力耦合模型,分析温度场、等效塑性变形场、轴向缩短量和飞边形状,结果表明,焊接温度低于材料熔点为固相连接,焊接过程塑性金属大量挤出,形成蘑菇头形状的飞边,飞边温度处于480 ℃左右;在稳定焊接阶段,前进侧温度高于返回侧,在垂直于焊缝方向上,焊棒高温区大于焊板高温区,温度分布的不均使得涂层边缘处结合不良. 高温区域趋于稳定后,轴向缩短量和时间呈近线性关系,焊接结束时轴向缩短量为7.5 mm,高温区和塑性变形区都集中在摩擦界面附近的堆积区域.     

Cu-Al异种金属超声焊接过程模拟

利用有限元方法建立了Cu-Al超声焊三维热—力耦合模型. 热源包括摩擦热和塑性变形热,其热流密度与焊接不同阶段材料的振幅相关. 焊接过程超声变软影响温度场分布、应力、应变场和齿的嵌入,模拟合理考虑了铜、铝超声变软的数学模型. 模拟结果表明,铜和铝的块体温度均低于熔点,最高温度出现在焊头与铜板的接触面中心;Cu-Al连接界面最高温度出现在焊接区域中心处. 同时也模拟了齿的嵌入,焊接过程中焊头齿完全嵌入铜表面,但底座齿并未完全嵌入铝中. 与热电偶测温和焊接截面形貌对比验证表明,模拟结果与实际基本吻合,较好地模拟了超声变软、热和力三者之间的作用.     

搅拌摩擦焊过程数学模型建立的影响因素及现状

在此主要研究搅拌摩擦焊过程数学模型建立的几个重要影响因素，并结合工艺试验对国内外的研究现状和模型建立过程中涉及到的问题进行了阐述。结果发现，搅拌摩擦焊的焊接工艺参数、搅拌头探针产生的热量等都对温度场模型的建立起着重要作用。另外，轴肩与工件的摩擦系数、搅拌头轴肩的压力、搅拌头探针的形状都影响着焊缝的成形质量和焊缝区流场模型的建立。     

超声波塑料焊接机理

采用数值仿真和试验研究了超声波塑料焊接过程中不同特征温度段的产热机理.利用有限元法(FEM)对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料超声波焊接过程中的粘弹性热以及摩擦热进行了计算.基于计算结果,提出了摩擦热是焊接过程的启动热源,粘弹热是焊接过程主要热源的观点.制备了相应的试件并搭建测温系统对焊接过程进行测温试验,试验结果验证了仿真结果的正确性.对焊接过程中的产热机理给出了更清晰的解释,有助于超声波塑料焊接技术进一步在精密焊接领域的应用.