铝合金搅拌摩擦焊接工艺参数对焊接温度的影响

搅拌摩擦焊是一种新型的、绿色环保、高效的固相焊接技术,其过程涉及由轴肩和搅拌针构成的无损耗搅拌工具。焊接过程中,高速旋转的搅拌工具插入到工件表面直至轴肩与工件接触,并沿焊缝向前行进,利用搅拌工具与工件产生的摩擦热使待焊材料塑化,并在搅拌工具的带动下产生流动与混合从而实现焊接。详细分析了搅拌摩擦焊接的微观组织结构,搅拌工具以及主要工艺参数对焊接的影响并通过试验研究了主轴转速、焊接速度以及轴肩下压量对焊接温度的影响。试验研究表明,主轴转速和焊接速度对焊接温度的影响较大,下压量对焊接温度的影响不大。     

搅拌摩擦焊焊接温度数值模型及其影响因素

通过对搅拌摩擦焊过程进入稳定状态后摩擦产热与散热机制的分析,建立了搅拌摩擦焊焊接温度的数值模型。由数值模型可知,影响焊接温度的各种因素包括被焊材料和搅拌工具材料的物理性质、两者之间的摩擦因数、搅拌工具的尺寸、焊接参数、被焊材料表面受到的轴向压力和侧面受到的进给压力等,有些因素之间还互相影响,关系复杂。其中,搅拌工具的旋转速度、搅拌工具与被焊材料之间的摩擦因数、被焊材料表面受到的轴向压力及侧面受到的进给压力是主要因素。以聚氯乙稀板材搅拌摩擦焊为例,验证了在适当的取值范围内焊接温度数学模型的理论计算值与实测值基本吻合。     

温度对搅拌摩擦焊接接头摩擦磨损性能的影响

通过对搅拌摩擦焊过程中铝合金板上各特征点在不同焊接参数的温度变化规律的检测,研究搅拌摩擦焊接参数对焊接过程温度场的影响,搅拌摩擦焊焊接接头的摩擦磨损行为,以及搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能随温度的变化趋势。结果表明:在搅拌头旋转速度一定时,各特征点的温度峰值会随焊接速度的增加而降低,在焊接速度一定时,特征点的温度峰值会随搅拌头旋转速度的增加而升高;搅拌摩擦焊接头磨损表面呈现轻微的疲劳磨损特征,无明显的表层剥落开裂迹象;试样的磨损量与接头区域的焊缝成型有密切关系,而焊缝的成型质量与温度场的分布有密切联系,试验表明温度场梯度越小,磨损量越小。     

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。     

搅拌摩擦焊接过程中主轴下压力控制研究

为了实现搅拌摩擦焊接过程中主轴下压力的控制,开发了一套下压力监控系统。采用无线信号传输技术,解决了主轴前端式力传感器信号线的连接问题,通过无线供电技术实现了对下压力监测平台的供电。详细介绍了监测系统的总体方案,下压力监测模块以及下压力监控软件的设计,同时应用单片机原理以及无线射频收发技术实现了进给倍率的实时获取,通过进给倍率的修调实现了进给速度的调节。通过在数控机床上开展焊接实验,对监控系统进行了工程验证。实验证明,该系统能够精确测量下压力,并能够通过控制进给速度实现主轴下压力的控制,且测力范围广、控制精度较高,提高了焊接质量,具有良好的应用前景。     

搅拌摩擦焊中材料流动行为数值模拟的研究进展

搅拌摩擦焊是一种革命性的焊接技术。相比于熔化焊,搅拌摩擦焊在铝合金、镁合金等材料的焊接方面具有明显的优势。而搅拌摩擦焊过程中材料在熔化温度以下经历剧烈的塑性流动,这与传统焊接过程有着明显不同,因此非常有必要对搅拌摩擦焊过程中的材料流动行为进行研究。由于试验方法本身在空间与时间上的局限性,数值模拟成为研究搅拌摩擦焊过程中的材料流动行为的重要方法。分析搅拌摩擦焊过程中的物理过程,从数值方法、热源模型、边界摩擦模型、材料本构模型这四个方面介绍搅拌摩擦焊中材料流动行为的数值模拟的最新研究进展及相关应用。对当前搅拌摩擦焊材料流动模拟中存在的不足进行分析,提出未来研究中应关注的研究方向。     

5A06铝合金搅拌摩擦焊热流有限元分析

大厚度铝合金板搅拌摩擦焊工程应用时常用双轴肩焊接工具焊接,而双轴肩焊接工具使用寿命较短、易磨损,铝合金厚板单轴肩搅拌摩擦焊在工程实践中具有重要意义。针对5A06铝合金厚板的单轴肩搅拌摩擦焊过程进行了热流有限元分析,建立了大厚度铝合金板热流仿真模型,分析了5A06铝合金焊接时温度场分布特征、焊接热循环曲线特征,焊接前进侧/后退侧热循环曲线及外加热源、冷源对搅拌摩擦焊温度场的影响。结果表明,单轴肩搅拌焊工具插入工件预热初期,轴肩产热占整个搅拌工具产热70%以上,前进侧和后退侧最高温度相差约40℃,同时施加热源和冷源时能够很好地限制板材底部热量的散失以及轴肩附近温度的快速升高,有利于焊缝质量的提升。     

一种回抽复合式搅拌摩擦焊动静压电主轴的结构设计

对搅拌摩擦焊技术和动静压电主轴技术进行了简要介绍,结合目前搅拌摩擦焊实际焊接过程中存在的不足及今后的发展趋势,设计研发一种新型的回抽复合式搅拌摩擦焊动静压电主轴,采用动静压液体轴承、联轴器和直线轴承,主轴具有回抽功能,通过分离式搅拌头的使用,较好地解决了搅拌摩擦焊接结束后工件存在的"匙孔"的问题,提高主轴的承载能力、精度,能够长时间持续摩擦搅拌焊接,同时搅拌头更换便捷,经国家检测机构鉴定,达到设计标准。     

铝合金搅拌摩擦焊电主轴的结构设计与分析

对铝合金搅拌摩擦焊技术和电主轴技术进行了简要介绍,结合目前铝合金搅拌摩擦焊实际焊接过程中存在的不足及今后的发展趋势,在分析研究电主轴单元关键技术的基础上,设计研发一种新型的中空冷却自动调节负荷铝合金搅拌摩擦焊专用电主轴,较好地解决了铝合金搅拌摩擦焊接过程存在的主轴长时间工作出现的温升高、转轴承载负荷过大和搅拌头损坏后不能及时更换等问题,实现了主轴持续焊接冷却散热及时、拌头快速更换、转轴承载自动调整。经国家检测机构鉴定,达到设计标准。     

基于Labview的搅拌摩擦焊焊接力监测系统开发

根据搅拌摩擦部件数字化设计和过程监控需求,设计开发了一套搅拌摩擦焊焊接力监测系统.首先基于Labview开发了焊接力监测软件,然后采用PC机、采集卡和传感器搭建了硬件平台,最后对系统平台进行标定和实验.实验结果表明,该系统可精确测量搅拌头所受焊接力,为焊机主轴及搅拌头的整体检测分析提供有效数据样本,达到优化焊机主轴性能,提高摩擦焊设备效益等效果.此外,该系统具有量程大、精确度高和可移植性强等优点,具有较为广泛的适用性.