搅拌摩擦焊参数对残余应力分布的影响

针对2024-T3铝合金,应用焊接试验与数值仿真方法对比分析了焊接参数对焊接效果和残余应力分布规律的影响,讨论了转速与焊接速度对残余应力分布的影响机理,得到了 8mm厚2024-T3铝合金的优选焊接参数,进一步提高了搅拌摩擦焊接头性能、质量和可靠性.     

搅拌摩擦焊热源数值模型

针对搅拌摩擦焊特点,基于粘着摩擦原理,在综合分析前进边和返回边不同位置摩擦功率的基础上,建立了搅拌摩擦焊热源数值模型.温度场试验与模拟结果表明,该模型能综合反映前进边与返回边热循环曲线的差异及其原因,具有较高的计算精度.     

铝合金枕梁搅拌摩擦焊残余应力和变形仿真与试验研究

枕梁是地铁的关键部件,其焊接质量直接影响地铁行驶的安全性.文中结合理论与试验研究了 6005A-T6铝合金枕梁搅拌摩擦焊接头性能,首先建立了枕梁有限元模型,采用顺序热力耦合的方法,计算了残余应力与变形,进而开展枕梁结构搅拌摩擦焊试验,采用钻孔法和测量样板法分别对焊接试件进行了残余应力和变形测试,并对仿真分析和试验检测结...     

搅拌摩擦焊待焊界面消失模型

提出了一种搅拌摩擦焊接过程中待焊界面消失并形成焊缝的二维模型,阐述了搅拌摩擦焊接过程中待焊界面在焊接热、焊接作用力及搅拌作用下形成焊缝的过程,并把焊缝划分成晶粒长大区、界面氧化区、待焊界面消失区、塑性金属流动区、S线等区域,同时描述了待焊界面冶金熔合后在搅拌摩擦焊缝内部的分布形态.该模型对晶粒长大区、待焊界面消失区、S线3个特定区域进行了试验验证和说明.结果表明,待焊界面在搅拌针后退侧的前方区域已经达到冶金熔合状态,并在搅拌针的搅拌作用下扭曲并进入焊缝形成S线特征.     

搅拌头尺寸对搅拌摩擦焊补焊的影响

分别采用8.5 mm长小搅拌头和24 mm长大搅拌头补焊具有表面沟槽缺陷的42 mm厚的Al-Mg-Si合金FSW试板。试验结果表明,搅拌摩擦焊补焊工艺能够修复具有表面沟槽缺陷的FSW试板。两种搅拌头补焊的焊接接头焊核区晶粒比较细小。大搅拌头补焊焊道与原焊道的重叠区硬度下降明显,对接头的硬度影响范围比小搅拌头补焊时的大。拉伸结果显示,小搅拌头补焊接头抗拉强度比大搅拌针补焊的高16 MPa,屈服强度比大搅拌头的高6 MPa。大搅拌头补焊时带来的热输入高且影响范围大,会造成焊接接头力学性能下降,所以在满足消除缺陷的前提下,尽量选择短小的搅拌头进行补焊。     

搅拌摩擦焊的三维有限元摩擦模型数值模拟研究

搅拌摩擦焊(FSW)的三维有限元的摩擦模拟需要透彻地了解其材料和界面行为,其模型建立困难,同时很难认识其现象本质。由于材料流动的高度耦合性和极端条件,单纯的摩擦模型不能描述FSW的过程,需要对其有限元模型进行简化处理。对6061铝合金进行FSW试验,采用Forge有限元软件对FSW进行了分析。结果表明:焊接过程中的力和温度对摩擦系数具有高度敏感性,利用ALE算法可以计算出接触和摩擦表面的大小,Norton摩擦模型得到的力值与实验结果吻合良好,采用Coulomb模型进行校准得到摩擦系数μ=0.3。     

铝合金搅拌摩擦焊残余应力及变形的研究进展

搅拌摩擦焊作为一种新的固相连接技术,具有其他焊接方法无可比拟的优越性,特别是在非铁金属材料的连接方面。本文综述了近10多年来搅拌摩擦焊残余应力及变形研究的发展情况,分析了搅拌摩擦焊残余应力及变形的主要研究内容,产生残余应力及变形的内在机理,残余应力及变形的检测技术、预测技术及控制技术的研究现状及进展情况,提示了残余应力的一般分布规律,并展望了搅拌摩擦焊残余应力及变形技术下一步的研究重点。     

铝合金薄板搅拌摩擦焊温度场模型

根据能量检测系统得出的搅拌摩擦焊接实时功率,结合M.Song等人提出的热输入模型,在此提出了简化的热输入模型.在深入考虑焊接过程的具体条件后,利用ANSYS有限元分析程序建立随热源一起移动的坐标系,模拟出瞬态温度场以及焊缝及母材区任何位置上的热循环曲线.通过模拟结果与热电偶测得的特征点温度曲线的比较,验证了热模型和模拟方法的正确性.     

热量自适应搅拌摩擦焊热源模型

当前采用的温度场热源数值模型在准确表征焊接过程材料性能和产热机制与温度变化关系上存在困难.依据摩擦学原理,以材料屈服强度ReL为产热基本参数建立新型热源模型,产热量随温度、材料性能改变,实现搅拌摩擦焊产热自适应过程,更准确地描述了搅拌摩擦焊过程物理现象的本质.温度场试验与模拟结果的比较表明,该热量自适应热源模型具有较高的计算精度.     

搅拌摩擦焊界面摩擦及材料流动行为仿真

采用计算流体力学（CFD）方法研究了6061铝合金搅拌摩擦焊过程中的界面摩擦行为与材料流动行为。通过在搅拌头-工件界面采用剪切力边界条件,实现了焊接过程中界面摩擦与材料流动的完全耦合分析。结果表明,搅拌头与工件间的界面摩擦行为呈现显著的非均匀特征：轴肩芯部及环形槽内呈近似黏着摩擦,轴肩外缘区域呈滑动摩擦;搅拌针侧面呈现不同程度的滑动状态,界面滑动比例随其到轴肩的距离增加而增加。摩擦界面附近存在厚度为0.66～4 mm的低粘度区。在低粘度区,工件上部材料流动速度可达0.17 m/s,应变率可达85.7 s-1;在工件下部材料流动速度可达0.017 m/s,应变速率可达11.7 s-1。从材料流经低粘度区的流动路径来看,搅拌摩擦焊过程材料流动呈现多圈旋转及直通两种模式。仿真得到的温度、低粘度区形状及标记材料沉积位置均得到了实验结果的印证。     

车体铝合金熔化极气体保护焊与搅拌摩擦焊残余应力研究

采用小孔法分别对6 mm厚度7020铝合金的熔化极气体保护焊及搅拌摩擦焊对接接头的残余应力进行了测试。结果表明,用两种焊接方法得到的焊接接头,其纵向应力均大于横向应力,对比7020铝合金搅拌摩擦焊接头和熔化极气体保护焊接头中的纵向残余应力,发现搅拌摩擦焊接头的纵向残余应力峰值要远远小于熔化极气体保护焊接头中纵向残余应力峰值。搅拌摩擦焊接头的最大纵向残余应力为50 MPa,而熔化极气体保护焊接头的纵向残余应力最大值已经达到了90MPa。     

搅拌针几何形状对搅拌摩擦焊温度场的影响

利用完全热力耦合模型建立铝合金搅拌摩擦焊有限元模型,分析了在相同工艺条件下,锥形搅拌针和柱形搅拌针对焊接温度场的影响。结果表明,同一工况下,轴肩产热量高于搅拌针的产热量,且随着厚度的增加,温度的峰值曲线逐渐降低;温度场曲线关于焊缝中心线呈现为类Ω形,前进侧温度高于后退侧温度,其中上表面温度曲线在轴肩内为平台状,焊件内部及下表面为山峰状;相同条件下,锥形针产热量高于柱形针,随距焊缝中心线距离的增加,温度的差值也增大。     

铜的搅拌摩擦焊研究

采用搅拌摩擦焊技术焊接铜克服了传统熔焊的缺点,使接头具有优良的件能,.因而具有广阔的应用前景.文中从微观组织与流动行为、上艺参数与接头性能以及热循环与温度场分析三个方面.系统介绍铜的搅拌摩擦焊的研究进展,为进行相关研究提供参考依据.综合分析表明,铜的搅拌摩擦焊接头组织分为焊核区、热机影响区热影响区,某些情况下热机影响区或热影响区不明显,而洋葱环的出现与否与焊接参数有关,接头强度略低于母材,接头焊核区的硬度最高,但也出现软化现象.轴肩摩擦产热足最主要的热量来源,距母材表面不同深度处的温度随距离和时间的变化存在较大差异.     

基于Fluent的搅拌摩擦焊温度场模型建立与数值仿真

温度分布情况是影响搅拌摩擦焊焊缝性能的重要因素,利用Fluent软件,建立了搅拌摩擦焊三维温度场模型,并对铝合金厚板的温度场进行了数值仿真。结果显示:在焊缝上表面,沿焊缝中心向外延伸,温度场形状依次为"圆形"、"椭圆形",温度由低变高,再由高变低;在焊缝横截面,温度场为"倒金字塔"形状,上表面温度最高,由上至下,温度逐渐降低;轴肩的摩擦热是影响焊缝区温度分布的重要因素,其影响程度随深度的增加而逐渐减弱。仿真结果与试验结果基本吻合。     

低碳钢的搅拌摩擦焊研究

利用钼基和钨基合金搅拌头以0.42～1.68 mm/s的焊接速度在6.3 mm厚的AISI 1018热轧钢板上得到了无缺陷的搅拌摩擦焊焊缝.在焊接过程中,测得搅拌头的轴向栽荷约为18.7kN,扭矩约为55 N·m.利用热电偶和红外照相系统测得搅拌头与工件接触面的温度接近1000℃.通过测量搅拌头焊前、焊后的尺寸发现,焊接过程中搅拌头尺寸因磨损和变形而发生了改变,在搅拌头插入工件阶段其尺寸变化最大.利用光学显微镜和扫描电镜观察焊缝组织,发现焊缝呈几个截然不同的微观组织区域.根据测量的温度和其微观组织可推测搅拌区的最高温度超过了1 100℃,并且可能超过1 200℃.在室温下测试了焊接接头的抗拉强度,拉伸试验中发现试样断在母材上,试样的拉伸强度和屈服强度与母材相当.研究结果表明钢的搅拌摩擦焊接头有良好的力学性能.搅拌摩擦焊可应用于相变淬硬钢、低合金高强钢和不锈钢.     

超声辅助搅拌摩擦焊温度场及残余应力场分析

超声辅助搅拌摩擦焊是一项在搅拌摩擦焊的搅拌头上添加轴向高频振动的新技术. 以6 mm厚7075铝合金材料为研究对象,建立了超声辅助搅拌摩擦焊与普通搅拌摩擦焊接的热源模型,通过ANSYS软件研究了轴向振动对焊接过程温度场以及焊后残余应力的影响规律. 结果表明,轴向振动的添加能够增大热输入量,提高焊接峰值温度且降低焊缝残余应力;在相同转速及焊接速度下,当振动频率一定时,焊接峰值温度和焊后残余应力随着振动幅值的增加而增大;当振动幅值一定时,随着振动频率的增大,焊接峰值温度及焊后残余应力也相应增加.     

搅拌摩擦焊散热器

中航工业北京赛福斯特技术有限公司是中国首家专业化搅拌摩擦焊技术研发、产品加工和设备制造中心。从2003年起，历经十余载发展创新，赛福斯特公司已经成功开发出上百种型号的搅拌摩擦焊风冷、液冷散热器，应用于航空、航天、雷达、列车、电力等工业领域，凭借其卓越的性能赢得客户广泛赞誉。     

搅拌摩擦焊设备

搅拌摩擦焊设备几乎与搅拌摩擦焊技术同步诞生和发展,迄今世界范围内已经有多个厂家得到英国焊接研究所(TWI)的授权,成为专业化的搅拌摩擦焊设备制造商,其中北京赛福斯特技术有限公司是中国地区(包括香港、澳门和台湾)唯一得到英国焊接研究所(TWI)授权的专业化搅     

搅拌摩擦焊应用

搅拌摩擦焊技术最初被认为是一种实验室中的新奇事物,很快人们就发现这种技术在铝合金制造工业中前景广阔。作为一种固相连接技术,搅拌摩擦焊可以焊棒一些由干固化特征导致熔焊     

工艺参数对铝合金搅拌摩擦焊变形和残余应力的影响及优化

FSW作为先进固相连接技术,广泛应用于轨道交通车辆生产制造中。文中结合理论与试验研究了FSW工艺参数对6005A-T6铝合金枕梁搅拌摩擦焊接头残余应力与焊接变形的影响,首先建立了枕梁有限元模型,采用顺序热力耦合的方法,计算了不同工况下焊接接头的残余应力与变形,进而开展枕梁结构搅拌摩擦焊试验,采用钻孔法对焊接试件进行了残余应力测试,并对仿真分析和试验检测结果进行了对比分析,然后对仿真结果开展了正交试验、极差分析、回归分析得出残余应力与焊接变形和焊接工艺参数的关系式,最后对所得数学模型进行粒子群优化分析。结果表明,焊接速度一定时,提升一定的主轴转速,低焊速下横向残余应力峰值变化量更大,而高焊速下纵向残余应力、焊接变形峰值变化量更大;主轴转速一定时,提升一定的焊接速度,低主轴转速下横向残余应力、焊接变形峰值变化量更大,而高主轴转速下纵向残余应力峰值变化量更大;采用粒子优化算法所得的最优残余应力与焊接变形组合为残余应力峰值199.9 MPa,焊接变形峰值0.352 mm,对应焊接参数为焊接速度461.6 mm/min,主轴转速300 r/min,其优化效果为6.13%。文中所得结论为枕梁及其类...