摩擦叠焊工艺中声发射技术的应用前景

分析了利用声发射技术,实现对摩擦叠焊工艺动态监测的可行性,在对金属材料的金相组织特性以及动态摩擦研究的基础上,将声发射技术用于摩擦叠焊焊接工艺监测。在摩擦叠焊焊接过程中,进行声发射特征信号的特征参数提取,以表述焊接工艺的相应摩擦状态,从而实现对摩擦叠焊成形机理的研究。利用声发射技术监测焊接过程的平稳性,以保证焊接质量;另外,介绍了声发射技术应用于摩擦叠焊工艺优化中体现出的优势,现阶段存在的难点及未来的主要发展方向。     

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。     

搅拌摩擦焊材料流动的试验表征研究现状

搅拌摩擦焊作为一种较新的固相连接技术,在航空航天、高速列车、汽车、船舶等机械制造领域中具有广阔的应用前景。充分认识搅拌摩擦焊接过程中的塑性材料流动,对于深刻理解焊缝成形机理、优化焊接工艺具有重要的理论指导意义。综述了当前搅拌摩擦焊塑性材料流动的试验表征技术研究现状,重点分析了采用"点"、"线"、"面"和"体"形标记材料来研究塑性材料流动的优缺点。在此基础上,综述了搅拌摩擦焊缝成形机理的研究现状,探讨了关于材料流动的尚未有效解决的关键科学问题。     

摩擦过程中相对运动速度对声发射能量信号的影响

利用声发射技术研究摩擦需要了解摩擦过程中各个因素对于声发射信号的影响,为此研究了摩擦过程中相对运动速度与声发射能量信号的关系,研究结果表明:在正压力和摩擦条件基本不变的条件下.声发射能量信号随相对运动速度的增加而增加,声发射能量与摩擦面的磨损量之间存在一定关系,说明利用声发射技术可以分辨出相对运动速度对摩擦产生的影响,并且可以应用声发射能量这一参数检测、量化这种影响.     

机械密封端面摩擦机理及其声发射信号特性研究

分析了机械密封端面摩擦机理，根据端面的摩擦机理，选用声发射信号(Acoustic Emission, AE),作为表征密封端面摩擦状态的监测信号，建立了基于AE信号的密封端面摩擦状态的监测模型。根据机械密封的工程应用需求，将密封端面工作状态分为三种类型：边界摩擦状态、混合摩擦状态和流体润滑状态，利用采集的声发射信号和建立的监测模型，能够有效地识别密封端面的工作状态，识别率大于70%。     

搅拌摩擦焊的温度分析

在介绍一种新型固相连接技术-搅拌摩擦焊技术的基础上，重点分析了搅拌摩擦焊的工艺规范对温度的影响。搅拌摩擦焊的搅拌工艺规范对焊接不同区域的温度有较大的影响。     

工艺参数对铝合金摩擦叠焊成形的影响

以7075铝合金作为试验对象,对摩擦叠焊过程进行数值模拟,研究不同工艺参数对铝合金摩擦叠焊单元成形的影响。为了便于分析计算,将其简化为二维轴对称模型,应用ABAQUS有限元分析软件,建立摩擦叠焊过成二维轴对称热力耦合模型,并且采用FRIC子程序和网格重划分技术进行分析。通过设定不同的工艺参数组合,分析焊接过程温度场、应力场和轴向进给量,获得不同工艺参数对摩擦叠焊单元成形产生的影响。结果表明:轴向压力和旋转速度能够影响焊接时间;较大的轴向压力和旋转速度增加应力的峰值;轴向压力和旋转速度会对轴向位移产生影响,但轴向压力对位移的影响要大于转速。     

滑动轴承接触摩擦故障的状态监测

滑动轴承的代表性故障是轴承与轴颈的接触摩擦故障，在试验台上采用从正常润滑状态逐步向干摩擦状态过渡的方法模拟故障，并利用声发射信号对滑动轴承的工作状态进行监测。结果表明，声发射技术用于滑动轴承的在线状态监测具有很多优越性。     

运用声发射技术监测金属塑性成型过程中润滑状态的研究

为监测金属塑性成型过程中的润滑状态,采用运用声发射技术,通过对无润滑和有润滑时金属塑性变形过程和摩擦过程的监测及对比,分别研究了金属摩擦声发射信号和塑性变形声发射信号.结果表明,不同材料摩擦产生的声发射信号数值上大小不同,同种材料摩擦声发射信号数值上小于塑性变形声发射信号;采用声发射技术,基于实时波形和声发射信号参数的平均值都能监测金属塑性成型时的润滑状态.     

摩擦过程中相对运动速度对声发射振幅信号的影响

相对运动速度对摩擦过程中的摩擦、磨损影响很大,为此研究了摩擦过程中相对运动速度与声发射振幅信号之间的关系.研究结果表明:在正压力和摩擦状态基本不变的条件下,声发射振幅信号随相对运动速度的增加而增加;利用声发射振幅信号可以分辨出相对运动速度对摩擦产生的影响,也可以检测、量化这种影响.     

基于声发射技术的拉深过程中润滑状态分析

采用发射技术监测了拉深过程中的润滑状态.在干摩擦和润滑脂润滑下,进行了拉深成形实验,并分析了不同润滑状态下拉深过程中声发射信号的能量、振铃计数、信号幅度等参数的变化规律.结果表明,拉深中产生声发射信号对润滑状态非常灵敏,随着润滑状态改善,拉深过程中产生的声发射信号能量、振铃计数、信号幅度参数等均呈下降趋势;通过对声发射信号分析可以判断拉深件的摩擦状况,即将声发射技术引入金属板材拉深中的摩擦状态的监测是可行的.     

螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊塑性连接机理及接头力学性能研究

为了获得铝合金板材高性能点连接接头,兼顾机械连接与固相焊接的技术优势,采用不同焊具开展了铝合金板材搅拌摩擦铆焊试验。对比研究铆焊成形力、接头形貌及塑性变形机理和力学性能及失效行为,以期阐明螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊工艺对接头性能的强化机制。结果表明：搅拌摩擦铆焊过程中,随工具头位移变化,铆焊成形力呈先迅速增大、达到峰值后在一定范围内保持最后迅速降低的变化趋势;螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头上下板材之间形成了冶金结合,螺纹铆钉与塑化材料之间形成机械连接;轴肩下方上板的有效板厚、搅拌区的有效结合宽度以及铆钉与被焊材料的有效铆合高度是影响螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头力学性能的关键技术参数;螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头的拉伸剪切峰值载荷达到了传统搅拌摩擦点焊接头的1.65倍,十字拉伸峰值载荷达到了传统搅拌摩擦点焊接头的2.7倍。     

金属材料类别对动态摩擦声发射参数影响的实验研究

利用声发射技术研究了材料类别对动态摩擦状态的影响.结果表明:材料类别对摩擦产生的声发射信号有很大影响,动态摩擦产生的声发射信号的强弱与材料之间的硬度差有关,硬度差越大,摩擦产生的声发射信号的能量差别越大;声发射信号的能量可以反映摩擦学中的"犁沟效应"的差别.     

搅拌摩擦点焊技术在汽车行业的应用

随着汽车行业产品的轻量化发展,镁、铝等轻质合金被大量运用,其焊接技术亦为越来越多的工业制造商所关注,搅拌摩擦点焊技术是在搅拌摩擦焊技术的基础上衍生而来的一种适用于轻金属合金连接的新型的固相点焊技术。可以代替熔焊、激光焊、电阻点焊等多种焊接方法,而成为一种新型的搅拌摩擦焊方法。本文将对搅拌摩擦点焊的产生背景、基本原理以及在汽车行业的应用进行简述。     

铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究现状及展望

搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术,具有优质、高效、节能、环境友好等优点,广泛应用于航空航天、船舶、轨道交通、汽车等工业领域。为了实现车体轻量化,铝-钢异种金属的搅拌摩擦焊研究得到越来越多的重视。从搅拌摩擦焊的工艺、组织及性能三个方面,对铝-钢异种金属搅拌摩擦焊的国内外研究现状进行综述。研究现状表明,通过控制界面金属间化合物的生成量,可得到高质量的铝-钢异种金属的搅拌摩擦对焊、搭焊及点焊接头,优化工艺参数下其拉伸性能可与母材相当,然而在铝-钢界面的精细结构表征和复杂应力状态下接头的力学性能方面还需要进一步的深入研究。此外,对未来铝-钢异种金属搅拌摩擦焊的研究方向进行展望。     

块体非晶态合金的搅拌摩擦焊连接的优势

综述了目前对块体非晶态合金连接的研究现状,提出了采用超冷液相焊接方法如摩擦焊成功实现同质、异质块体非晶合金以及块体非晶合金与晶态合金的连接,提出了一种新型的连接块体非晶态合金的搅拌摩擦焊接工艺。     

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。     

耗材摩擦焊中的耗材过渡与成形机理研究

以 1 Cr1 8Ni9Ti为耗材在低碳钢母材表面进行了摩擦焊敷试验。观察测量了不同工艺参数匹配下耗材金属的过渡行为和真实接触面的大小 ,阐明了耗材金属的过渡机理和真实接触面的变化规律及影响因素 ;以特征流线为依据 ,建立了过渡金属形成初始焊敷层的物理模型并分析了摩擦碾压作用对焊敷层最终成形和界面连接过程的影响。研究表明 ,耗材金属是通过真实接触面过渡到母材表面的 ,真实接触面位于旋转界面的中心区域 ,其大小随耗材转速和摩擦压力的增大而减小 ;真实接触面两侧不对称的温度分布是推动耗材金属过渡的驱动力 ;摩擦碾压作用是焊敷层最终成形和界面形成可靠连接的决定因素。     

接触式机械密封启停过程摩擦特性实验研究

为探讨接触式机械密封启停过程摩擦状态的转变特性,采用自主研发的摩擦磨损实验装置,对碳石墨-碳化硅配副材料的摩擦特性进行实验研究。通过采集启停过程中的声发射信号以及摩擦扭矩数据,分析二者之间的关联性,研究启停过程中端面摩擦状态的转变特性。结果表明：在启停阶段,声发射信号均方根值与摩擦扭矩值变化趋势相同,均为先增大后减小,最后再增大至一稳定值,二者具有很强的相关性;研究的配副材料在7 s左右出现声发射信号峰值,表明此时发生从干摩擦状态到混合摩擦状态的转变;稳定阶段的声发射信号以及摩擦扭矩值分别与转速、压力呈正比关系。     

声发射技术在磨削加工监测中的应用

近十几年来,声发射技术在机械加工方面获得了普遍的关注,其理论与方法已成为现代制造系统用来监测加工过程状态的一个重要的研究领域。文中概述了声发射（AE)技术的基本原理,讨论了磨削过程中声发射源产生机理,介绍了声发射技术在磨削加工监测方面的研究进展,简要指出了研究中存在的主要问题和发展方向。