薄壁铝合金搅拌摩擦焊焊接应力变形与控制

搅拌摩擦焊(FSW)焊接残余应力变形表现出与传统熔焊不同的规律,文中研究了薄壁铝合金搅拌摩擦焊残余应力分布规律和焊接变形控制方法,结果表明,纵向残余应力峰值并非出现于焊缝中心,热影响区和热机影响区是残余应力相对较大的区域.基于动态低应力无变形焊接方法,设计开发了一套热沉系统,进行了动态低应力无变形FSW试验.研究表明,动态低应力无变形焊接技术可以有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力和变形,接头残余应力分布规律与常规搅拌摩擦焊接头残余应力分布类似,但应力峰值降低50%以上.     

阵列射流冲击热沉搅拌摩擦焊接新方法

基于动态低应力无变形技术的原理,设计开发了阵列射流冲击热沉搅拌摩擦焊接新方法.结果表明,采用该方法可以有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力,焊后试件基本无变形.采用射流冲击热沉的动态低应力无变形搅拌摩擦焊接头残余应力分布规律与常规搅拌摩擦焊类似,但应力峰值明显降低,约为常规FSW接头应力峰值的45%,可以实现FSW薄壁结构的低应力无变形焊接.该项技术可以提高一些铝合金材料FSW接头性能,具有较好的技术经济价值.     

带热沉装置的搅拌摩擦焊研究

基于动态控制低应力无变形焊接法原理和搅拌摩擦焊特有的应力应变特点,设计开发了可应用于搅拌摩擦焊的单点式热沉和阵列式射流冲击热沉系统.通过两种不同热沉系统在铝合金搅拌摩擦焊中的对比研究,结果表明,单点式热沉虽然可以减小FSW焊接变形,但此种冷却方式会使接头性能大幅度下降,接头强度仅达到常规FSW的80%左右.经过改进的阵列式射流冲击热沉系统可以主动控制FSW过程中各个区域的温度分布,从而有效控制焊接过程的热弱塑性应力应变场,达到动态控制低应力无变形的焊接效果.焊缝氢含量的测试分析表明,阵列式射流冲击热沉系统可以改善接头的残余应力分布,防止冷却水侵入焊缝.带阵列式射流冲击热沉系统的搅拌摩擦焊技术可以实现低应力无变形焊接,且工艺适用性好,具有广阔的应用前景.     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

20093070搅拌摩擦焊应力变形有限元模拟的研究进展/鄢东洋…//焊接.-2009(1):19~24,40搅拌摩擦焊因其独有的特点而被广泛应用于铝合金的焊接,虽然焊后残余应力和变形比普通熔化焊小,但它同样是一个不均匀的热过程,焊后残余应力和变形不可避免,而且部分试验已经显示出其残余应力和变形对结构尺寸精度和使用性能有显著影响,因此针对搅拌摩擦焊残余应力和变形的研究有重要的现实意义。除了实际的焊接和测量试验外,数值模拟技术是目前研究搅拌摩擦焊残余应力和变形的重要手段,也取得了很多可喜的研究结果。从焊接热载荷、搅拌头力作用、母材性能参数和卡具作用等方面较为详尽地总结了搅拌摩擦焊残余应力和变形数值模拟的研究进展和未来发展方向。图6参4120093071薄壁铝合金搅拌摩擦焊焊接应力变形与控制/李光…//焊接.-2009(1):29~32搅拌摩擦焊(FSW)焊接残余应力变形表现出与传统熔焊不同的规律,研究了薄壁铝合金搅拌摩擦焊残余应力分布规律和焊接变形控制方法,结果表明,纵向残余应力峰值并非出现于焊缝中心,热影响区和热机影响区是残余应力相对较大的区域。基于动态低应力无变形焊接方法,设计开发了一套热沉系统,进行了动态低...     

搅拌摩擦焊应力变形有限元模拟的研究进展

搅拌摩擦焊因其独有的特点而被广泛应用于铝合金的焊接,虽然焊后残余应力和变形比普通熔化焊小,但它同样是一个不均匀的热过程,焊后残余应力和变形不可避免,而且部分试验已经显示出其残余应力和变形对结构尺寸精度和使用性能有显著影响,闪此针对搅拌摩擦焊残余应力和变形的研究有重要的现实意义.除了实际的焊接和测量试验外,数值模拟技术是目前研究搅拌摩擦焊残余应力和变形的重要手段,也取得了很多可喜的研究结果.文中从焊接热载荷、搅拌头力作用、母材性能参数和卡具作用等方面较为详尽地总结了搅拌摩擦焊残余应力和变形数值模拟的研究进展和未来发展方向.     

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...     

搅拌摩擦焊接过程的试验测量及分析

通过设计一系列搅拌摩擦焊接试验,详细测量和分析焊接温度场分布、搅拌头机械载荷、残余应力和残余变形.试验发现,搅拌摩擦焊的温度测量结果的准确性取决于采样频率和热电偶的定位方法;搅拌头的机械载荷主要表现为下压力和扭矩,它们在准稳态焊接的条件下会保持稳定,但取值随焊接参数的变化而发生相应变化;焊接残余应力的主要成分是纵向应力,焊缝区域内呈现较高水平的拉应力,分布呈不对称的双峰特征;薄板的焊接变形具有马鞍形和反马鞍形两种形态,且变形程度受到薄板尺寸、旋转频率和焊接速度的影响.     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

薄板结构焊接残余应力的数值分析;铝合金薄板焊接应力三维有限元模拟;QFP器件不同引线材料对焊点可靠性影响的有限元分析;基于ABAQUS平台对球冠结构焊接变形的数值试验;铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分布;立方氮化硼超硬磨料与45钢钎焊接头残余应力有限元分析;纵向磁场对低碳钢MIG焊焊缝组织及性能的影响。     

基于复合搅拌摩擦焊的6063铝合金焊接接头残余应力控制研究

分别采用普通搅拌摩擦焊和带随焊旋转滚压装置及随焊水雾冷却装置的复合式搅拌摩擦焊对6063铝合金薄板进行焊接试验,并对两组试验的纵向残余应力数据进行对比分析。试验结果表明:普通搅拌摩擦焊接焊后试样的最大纵向残余应力是拉应力,其值为83.6 MPa,位于前进侧的搅拌头轴肩边缘处。前进侧与返回侧两侧的纵向残余应力基本对称,从焊缝中心到边缘,纵向残余应力由小变大后再变小,最后转变为压应力;复合搅拌摩擦焊接焊后试样的最大纵向残余应力比普通搅拌摩擦焊减小了38.9 MPa,其分布与普通搅拌摩擦焊时基本相同,但其变化范围窄。这说明随焊旋转滚压装置及随焊水雾冷却装置能有效减小纵向残余应力,从而能减小焊后变形,提高搅拌摩擦焊接接头质量。     

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。     

高熔点材料的搅拌摩擦焊接技术

通过焊具设计、接头微观组织与性能、焊接温度场和残余应力、热源辅助的搅拌摩擦焊(FSW)几个方面,全面介绍了高熔点材料搅拌摩擦焊技术的研究现状.结果表明,合适的搅拌头材料为钨铼(W-Re)合金和多晶立方氮化硼(PCBN);采用合适的焊具设计和工艺参数,可以得到具有良好微观组织、高强度的FSW接头;在模拟搅拌摩擦焊温度场和接头残余应力时,应依据焊接过程实际进一步完善物理模型;引入辅助热源有利于高熔点材料焊缝成形并提高焊具使用寿命.     

搅拌摩擦焊接过程的有限元模拟

对摩擦搅拌焊接工艺进行数值仿真，建立了搅拌摩擦焊接的二维数值计算模型，通过数值手段进行焊接参数研究。并研究了焊接工艺过程中焊件材料的流动情况以及在焊接过程中材料的应力和应变情况，且与已有结果进行比较。证实了所建立模型的正确性与可靠性。     

薄板7075铝合金搅拌摩擦焊三维有限元数值模拟

薄板7075高强度铝合金在经过搅拌摩擦焊接后,存在不同程度的焊后残余变形,对精度要求较高的航空结构件的制造和装配带来了困难.本文通过建立4mm薄板7075铝合金搅拌摩擦焊热源模型,利用ANSYS对搅拌摩擦焊接过程中的温度场和应力应变场进行热机耦合数值分析,解释了薄板铝合金搅拌摩擦焊的温度场和表面残余应力的分布.采用古典摩擦理论建立合适的热源模型,将搅拌头的机械载荷和压板的压力考虑到模型当中.分析结果表明,此数值模拟对研究薄板高强度铝合金的搅拌摩擦焊具有一定的借鉴意义.     

高速列车铝合金车身双热源搅拌摩擦焊仿真

高速列车采用超长铝合金型材作为车身新材料。搅拌摩擦焊以固相连接原理成为高铁车身制造新工艺。针对单热源模型不足,考虑搅拌轴肩转动摩擦生热和搅拌头塑变剪切生热,建立搅拌摩擦焊双热源有限元模型。基于传统熔焊方式,实现满足搅拌焊特征的双面挤压型材接头变形设计。通过ANSYS二次开发,完成该工艺移动瞬态热交换数值仿真,获得焊接全程三维温度场分布,仿真结果与试验数据吻合良好。结果表明,该仿真模型可行．仿真结果合理,为高铁车身国产化制造工艺吸收和工艺优化提供参考。     

A study of texture patterns in friction stir welds

Texture patterns on transverse, longitudinal and horizontal cross-sections in friction stir welds (FSW) have been studied experimentally, and their variations with welding parameters have been analyzed. Numerical simulations of the FSW process have been carried out to understand the texture patterns. Results of this study suggest that the texture patterns are complex but a dominant theme is the appearance of bands, which occur in the advancing-side material. The banded pattern on the transverse cross-section is often in the form of onion rings. The spacing between the bands on the longitudinal and horizontal cross-sections equals the distance traveled by the welding tool in one revolution. The texture patterns are found to correlate well with equivalent plastic strain contours from simulations of the corresponding FSW process, suggesting that the texture patterns may be formed because periodically spaced material regions experience very different levels of plastic deformation during the FSW process.     

Friction stir welding of AZ31 magnesium alloy rolled sheets: Influence of processing parameters

The temperature evolution during friction stir welding (FSW) and the resulting residual stresses of AZ31 Mg alloy were studied to get a better understanding of the mechanisms involved in this process. The relationship between the processing parameters, the heat and plastic deformation produced and the resulting microstructure and mechanical properties was investigated. Increasing the shoulder diameter or the tool rotation speed or decreasing the welding speed produced an increase in the heat generated during the process and then promoted grain growth. The temperature distribution on the advancing side and on the retreating side differed, and stress levels were higher on the retreating side. The grain size heterogeneity produced by FSW was not the prevailing cause of failure.     

搅拌摩擦焊三维粘塑性热力耦合有限元数值模拟

针对搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)的特点,建立了基于固体力学的刚粘塑性热力耦合有限元方程,并采用网格局部加密自适应跟随技术对FSW过程进行数值模拟,获得了焊接过程的温度、应力、应变分布特征及金属流动规律,预测焊接过程中所产生的缺陷.结果表明,FSW过程中试件的温度分布不对称,应变沿板厚的方向分布不一致,焊缝区产生了剧烈的塑性变形,因此FSW是一个典型的三维剧烈的塑性变形过程,热塑性变形机制是焊接接头形成的主要机制.     

6063铝合金搅拌摩擦焊接头冲击断裂分析

以6063铝合金为主要研究对象，简要介绍了铝合金型材的搅拌摩擦焊接工艺及设备，研究了6063-T65l铝合金的冲击断裂性能、塑性变形能力及其搅拌摩擦焊接头的微观组织。研究表明，搅拌摩擦焊接头中为较细的再结晶组织，且强化相呈弥散分布，其冲击断裂性能和塑性变形能力与母材相近。     

Experimental study on distortion of Al-6013 plate after friction stir welding

Abstract

Friction stir welding (FSW) experiments with different panel dimensions and welding parameters have been designed to study the distortion of FSW. The FSW experiments were carried out with a load control facility to make the welding parameters reliable. The distortion of FSW is much smaller than that of arc welding, but it is still very significant. Three-dimensional distortion measuring system was applied to further study distortion trends. The results show that the distortion after FSW is in saddle shape, with convex bending in longitudinal direction and concave bending in transverse direction. This distortion pattern is in contrary with that of traditional arc welding. It is also found that increasing the panel length increases the longitudinal distortion but almost do not influence the transverse distortion. Increasing the rotation speed increases both longitudinal distortion and transverse distortion. The influence of welding speed on distortion is not very clear.     

搅拌头机械载荷在搅拌摩擦焊接中的作用的数值分析

利用数值模拟技术分析搅拌头机械载荷在焊接过程中的作用,通过对比只考虑热载荷,考虑热载荷和搅拌头的下压力,综合考虑热载荷、搅拌头下压力和工作扭矩三种条件下的应力,应变和变形,结果发现,搅拌头下压力使焊后残余应力值大幅下降;搅拌头的工作扭矩是焊后残余应力、应变不对称分布的重要影响因素;并且搅拌头机械载荷使得薄板焊后残余变形的模式发生了完全相反的变化,由不考虑搅拌头载荷时的马鞍状变成了反马鞍状.