新型材料成形加工技术——摩擦叠焊

摩擦叠焊是一种新型的固相连接技术,从TWI提出这一概念至今尚不足20年.摩擦叠焊的焊缝由一系列圆柱形或圆锥形组合的摩擦液柱单元成形过程组成,具体包括接触预热、稳定填充、停转顶锻三个阶段,金属棒的转速、轴向力等是影响成形质量的主要参数.从成形机理上看,摩擦叠焊与摩擦塞焊、摩擦堆焊、嵌入摩擦焊等存在着较大差异.由于该技术在干湿环境条件下都能够获得较好的连接质量,因此在材料成形加工尤其是钢结构水下修复作业方面具有巨大的应用潜力.欧盟国家近10年来已经开展了一系列机理研究和工程化应用研究,目前已经具备了水下连接的商业化作业能力.     

塑性成形中的六面体网格划分与重划分技术

基于材料成形中三维单元数值模拟分析的重要性,对四面体网格划分存在的弊端,提出了有效的六面体网格划分与重划分方法,以及划分与重划分的判据。最后以有限元模拟软件MSC．SuperForm为平台,应用六面体离散法对铝材挤压变形进行模拟分析,结果表明了这一技术的可行性和可靠性。     

摩擦叠焊的基础研究及工程应用

摩擦叠焊是一种新型固相连接技术.介绍了围绕摩擦叠焊所开展的基础研究,归纳总结了各国所用的工艺参数;同时介绍了摩擦叠焊技术在深海钢结构裂纹修复、海底管道在线开孔以及浮式生产储运卸装系统等领域的工程应用前景,以促进围绕该技术的应用基础研究和工程实用化进程.     

摩擦叠焊——一种新型的固相连接技术

摩擦叠焊(FSW)是一种新型的固相连接技术,英国TWI、德国GKSS研究中心等单位近10多年来在这方面进行了大量的应用基础研究,目前已经具备了商业化工程服务的技术能力.简单介绍了摩擦叠焊的起源、FHPP单元成型机理及FSW焊缝的连接特性,并介绍了欧盟国家的工程化应用研究历程.国外的试验研究结果表明,摩擦叠焊技术在干湿环境条件下都能够获得较好的连接质量,因此在材料的成型加工尤其是钢结构的水下湿式维修方面具有巨大的应用潜力.我国应该优先结合海洋石油工业的实际发展需求,尽快开展相应的应用基础研究工作.     

焊后热处理对水下摩擦叠焊焊接接头质量的影响

基于摩擦叠焊技术特点,研究不同的焊后热处理工艺对水下摩擦叠焊焊接接头质量的影响。结果表明:焊后热处理能够明显细化水下摩擦叠焊焊接接头的组织晶粒,降低焊接接头的硬度,提高拉伸强度和弯曲性能。     

塞棒形式对摩擦叠焊单元成形质量的影响

为解决摩擦叠焊单元成形过程中塞棒与孔侧壁结合强度不足的问题,研究了塞棒形式对摩擦叠焊单元成形质量的影响。采用8种不同形式的塞棒分别进行焊接试验并对接头进行拉伸试验。通过对接头的宏观照片及拉伸试验结果进行对比,分析不同塞棒形式对叠焊单元焊接质量的影响。结果表明,通过对塞棒形式的不断优化,可以减少焊接缺陷,提高焊接质量。     

基于ABAQUS二次开发TC4线性摩擦焊过程的数值模拟

基于ABAQUS/Standard模块,建立TC4线性摩擦焊接过程的二维有限元模型,采用网格重划分与映射技术来处理网格畸变问题,分析线性摩擦焊接接头温度场的演变和轴向缩短量的变化.结果表明:网格重划分与映射技术能较好地解决网格畸变带来的计算不收敛.焊接过程的前0.1 s内,焊接界面温度迅速升高至1 000 ℃以上,之后接头温度渐趋均匀,接头塑性金属开始被挤出形成飞边,轴向缩短量明显增加;摩擦停止时刻(3 s),单边轴向缩短量达到最大值,约为2.7 mm.     

摩擦焊在航空领域的应用

随着民用和军用飞机性能及使用要求不断提高,航空零部件需要满足结构轻量化、高可靠性、长寿命、经济性好等要求。焊接技术作为航空工业不可或缺的材料加工技术,在航空零部件的研制与生产中,发挥着举足轻重的作用。惯性摩擦焊、搅拌摩擦焊和线性摩擦焊作为典型的摩擦焊接工艺方法,凭借优良的技术优势,在航空发动机转子组件、飞机结构件、整体叶盘等航空零部件加工制造中得到成功应用。结果表明,随着摩擦焊接技术的进步与发展,摩擦焊接技术将有效促进航空飞机减重,进一步提高航空飞机性能。     

塑流摩擦焊技术

在介绍塑流磨擦焊接方法和原理基础上,对塑流摩擦焊接工具进行了选型和优化,并且对该焊接技术针对不同铝合金材料的焊接性和不同零件结构的适应性进行了分析,同时对于这种焊接技术在飞机等薄壁结构零件中的应用进行了探讨.结果表明,塑流磨擦焊技术可以利用材料的局部磨擦产生的塑性流变在一定厚度范围内实现材料的可靠的固相连接,可以在类似于飞机薄壁结构的点焊、对接和搭接中得到应用,还可以应用于搅拌磨擦焊表面缺陷的修补、匙孔填充、以及材料表而改性处理等.     

摩擦叠焊单元成型质量影响因素研究

摩擦叠焊单元成型的工艺参数对接头表面成形及其性能有着决定性的影响.进行了大量焊接工艺试验,考查了各种参数组合下的焊接接头质量,对比各焊接参数下接头的微观组织、宏观形貌和焊接压力,分析缺陷出现的原因并提出改善方法.结果表明:主轴转速在3500r/min以上,焊接速度40mm/min以上的范围内,得到的焊接接头组织致密均匀...     

镁合金AZ31B搅拌摩擦焊研究

研究了镁合金AZ31B搅拌摩擦焊接工艺参数（搅拌头转速n、焊接速度v、焊接压力P）及搅拌头材料和形状对焊接头的影响。结果表明，采用高速钢制圆台带凹面形的搅拌头效果较好；其合适的工艺参数范围是n=950～1500r／min，v=37．5～60mm／min,P=3kN；最优工艺参数为：n；1500r／min，v=47．5mm／min，P=3kN。     

镁合金AZ31B搅拌摩擦焊研究

研究了镁合金AZ31B搅拌摩擦焊接工艺参数(搅拌头转速n、焊接速度v、焊接压力P)及搅拌头材料和形状对焊接头的影响。结果表明,采用高速钢制圆台带凹面形的搅拌头效果较好;其合适的工艺参数范围是n=950～1500r/min,v=37.5～60mm/min,P=3kN;最优工艺参数为:n=1500r/min,v=47.5mm/min,P=3kN。     

耗材摩擦焊敷工艺原理及试验研究

进行了耗材摩擦焊敷工艺试验,阐述了其工艺原理、过程和特性,分析了焊敷层的宏观形貌和微观组织形态。研究表明,焊敷压力、耗材转速和母材移动速度是耗材摩擦焊工艺的关键参数,对一定的材质而言,三者的优化匹配是获得优良焊敷层的根本保证。显微组织分析表明,焊敷层的组织明显细化,这是焊敷过程中摩擦热碾压作用的结果,作为一种新颖的敷层技术,在大厚度硬质耐磨合金层,抗蚀防腐合金保护层的焊敷等领域有着广阔的应用前景。     

搅拌摩擦焊技术的最新进展

介绍了近年来搅拌摩擦焊技术的最新进展，涉及搅拌摩擦焊适用材料、接头微观组织、焊接工具、成形机理及搅拌摩擦焊的应用领域，并展望了FSW良好的发展前景。     

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。     

LY12搅拌摩擦焊接过程中搅拌针摩擦行为的研究

搅拌摩擦焊是一种依靠搅拌头与被焊金属之间的摩擦来实现焊接的焊接方法,二者之间的摩擦系数直接影响到最终的焊接效果。本试验对LY12铝合金摩擦系数随温度等因素的变化情况进行了研究,试验结果表明:由于温度对铝合金的表面状态的影响非常大,所以铝合金的摩擦系数在高温下的变化也很大。通过试验数据建立了LY12铝合金与高速钢的摩擦系数与温度之间的关系曲线,发现二者之间的摩擦系数随温度的增加先增大,达到金属的熔点下限后开始减小。并且对LY12铝合金搅拌摩擦焊焊接过程中的摩擦行为进行了分析。     

搅拌摩擦焊的原理与应用

搅拌摩擦焊是摩擦焊方法的新发展,是英国焊接研究所提出的专利技术。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、并有较好的工艺适应性。现已开始应用在航空航天与交通运输等领域的结构铸造,并显示良好的工程应用前景,本文主要介绍了搅拌摩擦焊的方法,过程和特点。     

GH4169高温合金惯性摩擦焊的有限元模拟

基于Ansys有限元分析软件,建立了GH4169高温合金惯性摩擦焊过程的二维模型,进行了热力耦合分析,得到了焊接过程中的瞬时温度场和应力应变场,获得了焊接缩短量。根据惯性摩擦焊工艺分析了温度场和应力应变场的形成过程。     

LY12搅拌摩擦焊接过程中搅拌针摩擦行为的研究

搅拌摩擦焊是一种依靠搅拌头与被焊金属之间的摩擦来实现焊接的焊接方法，二者之间的摩擦系数直接影响到最终的焊接效果。本试验对LY12铝合金摩擦系数随温度等因素的变化情况进行了研究，试验结果表明：由于温度对铝合金的表面状态的影响非常大，所以铝合金的摩擦系数在高温下的变化也很大。通过试验数据建立了LY12铝合金与高速钢的摩擦系数与温度之间的关系曲线，发现二者之间的摩擦系数随温度的增加先增大．达到金属的熔点下限后开始减小。并且对LY12铝合金搅拌摩擦焊焊接过程中的摩擦行为进行了分析。     

搅拌摩擦焊接技术最新进展

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)是由英国焊接研究所TWI于1991年开发的专利技术,并且在随后取得了巨大的进展。综述了近10年来国内外搅拌摩擦焊技术的发展概况和最新进展,阐述了搅拌摩擦焊技术的原理、工艺特点及其广泛的工业应用前景,指出搅拌摩擦焊技术研究的必要性和紧追性。