铝/钢连续驱动摩擦焊焊接扭矩和能量输入特征

基于摩擦扭矩是连续驱动摩擦焊焊接界面摩擦阻力做功的综合体现,采用主电动机定子电压电流法(Voltage and current of main motor,VCMM),获得了1050纯铝和E235低碳钢连续驱动摩擦焊过程焊接界面的摩擦扭矩,分析转速、顶锻压力对接头摩擦扭矩和不同焊接阶段能量输入的影响。结果表明:初始摩擦阶段是接头热量的积累阶段,以粘着摩擦产热为主;转速较低时,接头摩擦扭矩曲线只存在一个峰值或前后峰值特征不明显,此时接头发生失稳摩擦,转速升高,扭矩降低,初始摩擦阶段、准稳态阶段和焊接全过程能量输入都增加,但由于顶锻过程摩擦加热功率的降低使得顶锻阶段能量输入缓慢减小;后峰值扭矩和顶锻阶段能量输入与顶锻压力的变化呈正相关。     

摩擦焊技术的研究

本项研究包括了当前推动磨擦焊技术进一步发展和应用的三方面内容。分别简介如下：1．摩擦焊接头焊后余热处理的研究摩擦焊接头韧性低。目前各国都是通过常规焊后热处理改善它的韧性，但也只能提高到（调质）母材韧性的一半左右。本项成果针对摩擦焊接过程同时存在相变与形变的特点，引入形变热处理概念，增强摩擦扭矩作用使接头形变区覆盖热影响区，并利用余热进行淬火，使接头得到相变与形变双重强韧化作用，实现了在不降低接头强度的前提下使其韧性接近或达到（调质）母材的韧性水平，同时消除了常规局部热处理时热处理热影响区边缘的强…     

摩擦焊输入功率的计算机实时检测与分析

摩擦焊输入功率的实时检测是深入分析摩擦焊过程能量传输的基础，是实现摩擦焊能量控制的首要前提条件．本研究采用高品质的微机检测系统，实现了对连续驱动摩擦焊输入功率的快速、准确的实时检测，分析了摩擦焊过程输入功率的变化规律，为深入研究摩擦焊的物理机制及实时控制奠定了基础．     

铝合金摩擦焊接技术研究现状及发展趋势

针对铝合金焊接特点及存在的问题,重点介绍了连续驱动摩擦焊、搅拌摩擦焊的技术特点和研究现状,对铝合金摩擦焊接技术的发展趋势进行了展望。     

涡轮增压器转子轴摩擦焊焊接区强度的有限元分析

应用有限元分析软件ANSYS,对涡轮增压器轴摩擦焊区域进行了强度分析。取最大扭矩作为该轴计算工况,对其载荷进行计算,通过实体建模、有限元求解,分析其在最大扭矩工况下不同截面上的应力分布情况。结果表明:应力集中存在于减荷槽处,减荷槽可以改善摩擦焊区域的应力分布,提高摩擦焊接头的安全系数。有限元分析方法能准地确获得摩擦焊区轴的真实应力分布,为强度设计和改进设计提供可靠的依据。     

锥形端面对铝/钢连续驱动摩擦焊接头界面温度及摩擦扭矩影响的研究

铝/钢复合结构在汽车制造、能源、航空航天领域广泛应用,在连续驱动摩擦焊接(Continuousdrivefriction welding,CDFW)过程中,由于母材流动特性与径向摩擦扭矩分布不同,界面上的氧化物和杂质难以排出、界面产热功率与界面金属间化合物(Intermetallic compounds,IMCs)不均匀分布等问题,将对接头性能产生不利影响。以1060纯铝和Q235低碳钢棒为研究对象,在钢棒待焊端面设计5°、10°、15°、20°、25°的锥度角θ开展焊接试验研究,分析不同锥度下界面温度、摩擦扭矩、能量输入及接头强度的变化规律。结果表明,随着锥度角的增大,初始峰值扭矩减小,稳态扭矩、后峰值扭矩、焊接全过程能量输入先增大后减小,初始摩擦阶段能量输入增大;10°～15°的接头径向方向的温度与强度变化趋于平缓。锥形结构使界面处热流的高温区域发生移动,20°之后峰值温度出现在1/3R附近区域,最高强度出现在1/2R附近区域。在CDFW过程,合适的锥度角可在焊接产热足够的情况下改善界面温度与力学性能的不均匀性,从而得到性能良好的接头,为异种金属的端面结构设计提供一定的理论指导。     

导电摩擦焊电流行为的研究

本文研究了一种新颖的焊接方法－－导电摩擦焊，即在摩擦焊过程中向工件通入一定数值的电流，形成复合热源加热。由于电流的引入，增大了摩擦焊规范参数调节范围，对摩擦焊过程中焊接温度场起很好的调节作用，从而可有效地减少焊接时间，降低主轴功率与扭矩峰值，减少焊接变形量以及改善接头性能等。     

搅拌摩擦焊工艺与机理的研究

搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种利用高速旋转的搅拌头与工件磨擦产生的热量使被焊材料局部塑化的新型固相连接工艺。它可以对多种熔化焊接性差的有色金属等材料进行可靠的连接，而且连接工艺简单，有较好的工艺适应性。本文在总结搅拌摩擦焊研究成果的基础上，论述了搅拌摩擦焊的基本原理和特点，阐述了近年来国内外搅拌摩擦焊工艺参数、接头微观组织、焊接成形机理等方面的研究现状，并展望FSW的应用前景。     

镀层对活塞杆连续驱动摩擦焊焊接质量的影响

为满足液压缸活塞杆强度和质量要求,引入了活塞杆连续驱动摩擦焊焊接工艺.该文通过设计合理的焊接接头形式和焊接工艺流程,探讨了镀层对摩擦焊接头焊接质量的影响.通过小批量的生产验证、相关检测及装机试验,摩擦焊焊接接头满足了主机的使用和可靠性要求.     

拉锻式摩擦塞焊的热力耦合解析模型和试验验证

为快速得到拉锻式摩擦塞焊的焊接工艺参数，对焊接过程进行预测，建立了摩擦塞焊过程的扭矩、轴向力、功率和能量等指标的力学模型和热力耦合解析模型。模型的输入量为焊接塞棒的几何参数、材料属性、焊接转速和进给速度，输出量为焊接过程的扭矩、轴向力、功率和能量等。在自主设计的拉锻式摩擦塞焊设备上进行了焊接试验。通过将试验数据的输入和输出指标与理论模型值进行对比分析，验证了理论解析模型的可行性。     

基于PLC摩擦焊压力闭环控制系统的设计

设计连续驱动摩擦焊机液压加压控制系统,采用电液比例控制技术,用PLC实现加压系统压力PID闭环控制。该系统具有较强的抗干扰性和良好的可靠性,是一种适合实际生产的摩擦焊压力控制系统。     

K418/42CrMo异金属连续驱动摩擦焊焊接接头组织与性能研究

采用连续驱动摩擦焊进行K418/42CrMo异金属焊接,焊接接头质量较好,抗拉强度提高。     

基于连续驱动摩擦焊的活塞杆焊接工艺与力学性能研究

由于连续驱动摩擦焊兼具高质量与高效率,且拥有好的设备稳定性与相对较低的运行成本等优势,吸引了国内外研究人员的广泛关注和装备制造企业的追捧。该文通过分析摩擦焊工艺的主要参数(包括主摩擦压力与摩擦时间、顶锻压力与保压时间)对工件焊接性能的影响,从材料、参数选择、焊后热处理等三个方面总结了液压缸活塞杆的焊接方法。     

摩擦焊新工艺的应用

摩擦焊新工艺简介摩擦焊是一种金属固相热压焊,它利用两工件作相对高速旋转并轴向加压,使摩擦生热,促使两工件的接触表面达到焊接温度(接近于金属熔化温度),然后瞬间停止旋转,并再施加较大轴向顶镦压力,使两工件结合面金属实现原子的相互嵌入、扩散形成牢固的焊接接头。其动作特征示意见图1。摩擦焊可以焊接黑色金属、有色金属、同种或异种金属:甚至可焊非金属材料如塑料、陶瓷等。其可焊性很广泛,常用材料的可焊性见表1。焊接接头型式有对接或T形接头,两焊接工件可以是圆棒、管、板等。各种焊接工件应用实例见图2。摩擦焊机分连续驱动式     

低碳钢Q235连续驱动摩擦焊接头性能的研究

采用连续驱动摩擦焊方法对低碳钢进行摩擦焊接。探讨了摩擦压力和顶锻压力对接头形貌和抗拉强度的影响,利用光学显微镜和扫描电镜分别对接头区和接头断口进行了观察。研究表明接头的焊缝区晶粒大小明显细化。接头断裂的方式为解理断裂和韧窝断裂的混合断裂方式。     

径向摩擦焊

连续驱动摩擦焊最新发展之一是径向擦摩焊。该法可以克服焊接长管的困难。管端经过机加工后装夹在一起,在接缝外面的有斜边的钢坏作旋转运动,并对钢环施加径向压力(图1)。斜面摩擦产生热与机械的联合作用形成接头。采用内膨胀衬塞可以防止管内表面烧穿。该法可以将轴环焊于实心轴,可以焊接实心轴,以及采用钢环作为材料也可以焊接异种材料。缸体用内旋转钢环并作径向膨胀进行焊接是相当成功的(图2)。该法可以将     

摩擦叠焊单元成形过程分析

借助高速摄像机拍摄典型的圆柱形塞棒+圆柱形孔的摩擦叠焊单元成形摩擦液柱成形(Friction hydro pillar processing,FHPP)完整过程,观察塞棒与孔的红热状态和外观变化,还将本试验的FHPP焊接过程按塞棒消耗量由短到长进行分段焊接,制作各分段单元纵切面试样。将采集的焊接过程参数变化曲线与高速摄像图片以及各分段焊接单元的焊接试样剖面图进行对比分析,针对各参数以及焊接过程单元形貌随时间的变化,将焊接过程划分为焊前、焊接、保持三个阶段。焊接过程各参数有相应波动,尤其扭矩波动较大。研究发现焊接过程产生不连续的摩擦剪切面,摩擦剪切面不断"产生-压溃-挤出",完成摩擦叠焊单元的成形。摩擦挤出物可分为塞棒飞边与母材飞边两部分。     

热处理对TC11/LF6异种金属摩擦焊质量的影响

对TC11/LF6钛铝异种金属进行了连续驱动摩擦焊接工艺及其焊后热处理工艺的研究,观察了热处理前后焊接接头焊合区微观组织并测定了试样力学性能。研究结果表明：未经热处理的焊接接头晶粒较为粗大,有明显的晶间化合物产生,接头显微硬度较高;经280℃退火1h后,焊接接头晶粒均匀细化,焊接界面产生较薄的不连续扩散层;热处理后接头晶粒明显细化,抗弯强度提高10.7%,显微硬度下降38%。通过组织和力学性能综合分析,得到最优化的TC11/LF6连续驱动摩擦焊接工艺参数。     

超声波电机驱动接触面的润滑和效率

为了提高复合振动体型超声波电机的效率，利用润滑剂在动压下混合润滑的特点，试制了与润滑摩擦驱动相适应的新型转子和定子．检测和分析了油膜的形成，转子、定子间的相对变位和扭转振动速度的关系以及电气-机械变换效率、转速、扭矩等。实验结果表明，干磨擦驱动时的电机效率为40％左右，注润滑油润滑驱动时，电机效率可以达到70％。     

无纬带绑扎机带式制动器摩擦热效应分析

根据无纬带绑扎机带式制动器的摩擦力学与热力学模型,进行了制动器稳态与瞬态热效应分析,确定了摩擦热与摩擦功率之间的关系.探讨了摩擦热量在摩擦副材料中的分配状况,研究并得到了摩擦副平衡温度和摩擦副可长期连续工作的条件.建立了基于ANSYS的制动器热效应分析模型,得到不同时间摩擦副温度场分布状况和温度随时间变化的状况.