回抽式搅拌摩擦焊动静压电主轴的结构设计及分析

对搅拌摩擦焊技术发展和研究方向进行了简要介绍,针对目前搅拌摩擦焊实际焊接过程中存在的缺陷与不足,尤其是焊接结束时存在的"匙孔"问题,结合电主轴的发展趋势——动静压电主轴,设计研发一种新型的回抽式搅拌摩擦焊动静压电主轴,采用液体动静压轴承技术和小孔节流技术等,替代滚动轴承,利用油腔内油压控制转轴回抽,实现了主轴无滚动摩擦,回抽功能自动化,解决了"匙孔"的缺陷。对主轴的整体结构、液压回抽结构和油腔结构等进行了详细介绍,并经初步检测符合设计要求。     

立式搅拌摩擦焊动静压电主轴的结构设计及有限元分析

对搅拌摩擦焊技术发展进行了简要介绍,分析了搅拌摩擦焊中工艺影响因素,结合目前电主轴的发展趋势——动静压电主轴,在铝合金搅拌摩擦焊电主轴单元关键技术研究的基础上,确定电主轴的工艺参数,设计研发一种新型的立式搅拌摩擦焊动静压电主轴,具有自动调节负荷的功能,并对主轴的结构设计、油腔结构和运行状态进行详细的介绍,并利用Solid Works Simulation对转子轴静态受力进行模态分析,经初步检测符合设计要求。较好地解决了搅拌摩擦焊主轴适用材料窄、滚动轴承寿命短、转轴承载负荷过大和主轴可靠性差等问题。     

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.     

基于UG的搅拌主轴部件设计与运动仿真研究

在研究我国搅拌摩擦焊接设备现有焊接能力的基础上,提出研制具备三维曲线焊接能力的搅拌摩擦焊接机,以扩大搅拌摩擦焊技术的应用范围.设计了一个新型的搅拌主轴部件,以满足三维曲线焊接时对倾斜角度和倾斜方向的要求,运用UG软件进行了虚拟设计和运动仿真分析,验证了该搅拌主轴部件结构设计的可行性.     

搅拌摩擦焊在新能源汽车电池下壳体焊接工艺中的应用

介绍了搅拌摩擦焊的原理及优点、电池下壳体的结构、搅拌摩擦焊系统及生产工艺流程,针对搅拌摩擦焊技术在新能源汽车电池下壳体焊接工艺中的应用,利用机器人搅拌摩擦焊对焊接工艺参数及母材连接方式进行了试验研究,得到优化后的主轴转速S、焊接速度F、下压力P及工件连接方式,提高了焊缝融合度和接头稳定性,且焊接接头的抗拉强度均能达到母材标准抗拉强度的70％以上,表明该工艺方法在焊接速度、节能环保和产品质量等方面具有一定的优势.     

先进的搅拌摩擦焊技术

搅拌摩擦焊(FSW)是英国焊接研究所20世纪90年代初发明并拥有专利权的一种固相塑性连接技术。目前,国内外研究较多的是各种铝及铝合金的搅拌摩擦焊。(1)搅拌摩擦焊原理及特点与常规摩擦焊一样,搅拌摩擦焊也是利用摩擦热作为焊接热源。不同之处在于,搅拌摩擦焊的焊接过程是由一个带有探针和轴肩的特殊形式的搅拌头来完成的,如附图所示。先将探针插入被焊接板     

高强铝合金FSW拼焊板变形规律与成形技术

铝合金拼焊成形技术兼具有材料和结构双重轻量化效果,在汽车轻量化发展趋势下,拥有巨大的应用前景。研究铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能,建立搅拌摩擦焊接头的有限元模型,试验结合力学计算研究搅拌摩擦焊接头的塑性变形规律。结果发现:铝合金搅拌摩擦焊接头具有明显的力学性能不均匀性,搅拌摩擦焊接头在拉伸过程中热影响区最先发生屈服和颈缩;焊后热处理和高温成形可以显著提高拼焊板的成形性和力学性能。2024铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的最佳成形温度为450℃,固溶处理后接头未发现晶粒异常长大现象,热冲压时引入的变形与成形后的时效相结合,产生形变时效的强化效果,可获得高强度的汽车拼焊构件。     

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。     

钢搅拌摩擦焊接及加工研究进展

自搅拌摩擦焊发明至今,国内外开展了大量的有关搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)技术的研究与开发工作,并且已在轻合金结构制造领域得到大量实际应用。此外,基于搅拌摩擦焊原理发展而来的另一项技术--搅拌摩擦加工也得到广泛关注,并且在金属材料组织改性及复合材料制备方面显示了独特的优势。然而,由于受到高温搅拌头材料的限制,对钢铁材料搅拌摩擦焊接及加工的研究相比铝合金要少了很多。本研究对钢铁材料搅拌摩擦焊接及加工的研究进展进行简要概述,总结同质钢铁材料搅拌摩擦焊接、异质钢铁材料搅拌摩擦焊接、钢铁材料搅拌摩擦加工以及高温焊接工具材料等几方面的研究成果,指出其中存在的重要科学及技术问题,并对钢铁材料搅拌摩擦焊接以及搅拌摩擦加工的发展趋势及值得关注的问题进行展望。     

静轴肩摩擦搅拌焊温度场仿真分析与参数优化

为了解决非刚性支撑条件下传统搅拌头易陷入被焊接板材而导致焊接失败的问题,设计研发了静轴肩焊接结构。通过建立有限元仿真计算模型,并使用热红外成像仪对焊接表面温度进行实时监测,分析不同工艺参数下静轴肩摩擦搅拌焊焊接过程中的温度场变化情况。使用设计研发的静轴肩摩擦搅拌焊进行现场试验并对完成焊接表面无缺陷的焊缝与母材进行拉伸试验对比,检测其焊缝机械强度,并对断口进行微观组织分析。结果表明：在使用静轴肩搅拌头焊接过程中,产热量主要来源于搅拌针轴肩的摩擦生热和搅拌针端部的摩擦生热,搅拌针的侧面摩擦生热和静轴肩的摩擦生热占比较小;对产热量影响较大的是主轴压力和主轴转速,C轴转速对产热量影响不大;在主轴压力为2940～3430 N,主轴转速为1000 r/min,C轴转速为0.05 r/min的工艺参数下,完成焊接的焊缝表面光滑无飞边,内部无沟槽隧道缺陷,焊缝抗拉性能达到母材的71.5%左右;焊缝断口存在分层现象,靠近焊接表面的上层呈脆性断裂特性,下层呈延性断裂特性,与母材相比,焊缝试样的延伸率和抗拉强度均有所降低。     

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。     

关于铝合金薄板高速搅拌摩擦焊接搅拌头的新型设计

搅拌摩擦焊是新能源汽车电芯制造中代替传统激光焊接的关键方法。高速搅拌摩擦焊是提升电芯生产效率的关键工艺,科学的搅拌头尺寸参数设计方法可以有效减少高焊速条件下飞边沟槽缺陷,并提升电芯生产的合格率。基于对高焊速搅拌摩擦焊搅拌头的设计的理解,设计包括轴肩半径、轴肩摩擦系数、轴肩内凹角、轴针上半径、轴针下半径和轴针长度在内的高焊速搅拌头尺寸参数研究系统。针对铝合金薄板工业生产中质量需求,设计焊后焊缝质量评价指标。在考虑焊缝飞边大小、沟槽深浅以及左右材料交互比例的基础上,分析不同搅拌头参数影响下的焊接质量变化,获得搅拌头尺寸参数变化对焊接质量的影响规律,获得高焊速条件下的铝合金薄板搅拌摩擦焊搅拌头的最优设计。     

搅拌摩擦焊多平面搅拌头对材料流动行为的影响

与传统熔化焊相比,搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding, FSW)因温度梯度较小,可以减少焊接裂纹和残余变形,是一种极具前途的铝合金固相焊接方法。相同焊接工艺参数下,搅拌头是影响焊接热输入和材料流动的主要因素之一,决定焊缝的组织与性能。基于固体力学有限元法和A7N01铝合金材料本构方程,建立基于Deform软件搅拌摩擦焊刚黏塑性仿真模型,并通过焊接试验的测温曲线和试验缺陷完成了模型验证,对比分析了圆台、三平面、四平面搅拌头平面对搅拌摩擦焊稳态焊接阶段的温度场、峰值温度曲线和材料流动行为的影响。结果表明,多平面搅拌头的焊接热输入高于圆台搅拌头,在材料塑性流动范围、流动均匀性和有效焊缝等指标方面优于圆台搅拌头。搅拌头的平面特征在材料流动过程中能够起到明显的挤压作用,从而细化焊缝区的晶粒,提高焊接接头的力学性能。基于仿真和试验结果分析,揭示了焊接犁沟缺陷的成因,并提出了预防措施。     

搅拌摩擦焊超声振动系统的设计与分析

针对传统搅拌摩擦焊技术在焊接时出现的焊缝不均匀、焊缝质量差等缺陷,提出将超声振动系统与传统搅拌摩擦焊相结合,设计了超声辅助搅拌摩擦焊系统。在搅拌头传振杆上开出若干斜槽,使纵向振动在搅拌头传振杆中传播时出现扭转分量,实现振动模式之间的转换。利用Solid Works软件对超声振动系统进行实体建模,并用ANSYS Workbench软件对不同参数下超声振动系统的振动形态进行分析与对比。研究结果表明,通过改变搅拌头传振杆上狭缝的宽度和倾斜角,可以改善搅拌头的振动形态,进而改善焊接质量。     

2524-T3铆接接头与搅拌摩擦焊接接头疲劳性能对比研究

通过2524-T3铝合金的搅拌摩擦焊接头疲劳性能对比试验,得到了母材、FSW对接接头、铆钉连接接头的疲劳S-N曲线。试验表明,搅拌摩擦焊的疲劳裂纹大多数起源于焊缝底部;2524-T3材料薄板的疲劳性能略好于厚板的疲劳性能;搅拌摩擦焊接头疲劳性能要明显好于铆接接头疲劳性能。拟合得到了各种不同厚度,不同应力比下的S-N曲线公式,为搅拌摩擦焊技术应用于飞机结构积累了相关数据。     

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。     

铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀与防护研究进展

随着搅拌摩擦焊的技术发展和应用扩展,其焊接接头的腐蚀性能和防护手段已成为人们关注的重要问题。本文论述了近年来国内外铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为及其防护策略研究进展,并展望了该技术在电子产品领域的发展前景。     

搅拌摩擦焊过程接触熔化物理模型与分析

利用接触熔化理论建立了搅拌摩擦焊的物理模型,并进行了分析计算,探讨了搅拌摩擦焊焊缝的形成机制。指出搅拌摩擦焊过程中,能量沉积引起搅拌头前方摩擦界面处被焊材料的微结构发生改变,形成粘性类液层。研究结果表明,形成稳定厚度的类液层是实现焊接的必要条件。类液态金属在搅拌头的旋转作用下向后高速喷射,最终在搅拌头后方沉积形成弧形层状焊缝组织。     

7020T6铝合金搅拌摩擦焊接工艺研究

采用搅拌摩擦焊方法焊接7020T6铝合金,研究搅拌头旋转速度和焊接速度对焊接表面成形质量、金相组织和焊接接头硬度分布的影响。在此基础上得出用搅拌摩擦方法焊接7020T6铝合金的理想工艺参数。