铝合金搅拌摩擦焊电主轴冷却系统的设计与仿真

铝合金搅拌摩擦焊电主轴作为铝合金搅拌摩擦焊机床的核心部件,其热态稳定性影响着机床的高质量的焊接。为有效预测并控制铝合金搅拌摩擦焊电主轴运转过程中的热态性能及其对铝合金搅拌摩擦焊主轴焊接质量的影响,建立铝合金搅拌摩擦焊电主轴水路的热态分析有限元模型,分析热稳定状态下铝合金搅拌摩擦焊电主轴水路的温度场分布以及冷却系统对铝合金搅拌摩擦焊电主轴温升的影响,分析结果表明,提高铝合金搅拌摩擦焊电主轴现有冷却系统的冷却效率可有效控制主轴电机和内置轴承的温升;同时,仿真分析冷却水路对铝合金搅拌摩擦焊电主轴温升的影响,揭示铝合金搅拌摩擦焊电主轴温度场分布的非线性特征。进行合理的轴承配置、选择合适冷却水道尺寸以及增加冷却水流量均可有效改善电主轴热态性能。     

机械主轴热特性分析

以机械主轴为研究对象,运用HyperMesh、Abaqus等有限元分析软件,研究了机械主轴的热特性。通过确定热分析的边界条件、计算皮带轮以及轴承的发热量,建立了机械主轴热力学有限元模型,并通过计算得到了其稳态热、温升变化以及温度场分布情况。结果表明:仿真计算得到的温度场与实验测得的温度分布数据基本吻合,因而采用有限元方法可以较准确预测机械主轴温度变化,皮带轮处的发热在机械主轴中是不能忽略的。而热变形分析显示机械主轴的变形较小,证明该机械主轴结构设计合理。     

我国搅拌摩擦焊技术的研究现状与热点分析

从搅拌摩擦焊材料、工艺、焊接机理、有限元数值模拟、接头耐腐蚀性等方面分析了国内对搅拌摩擦焊研究取得的成果与现状,并预测了未来几年国内搅拌摩擦焊研究的热点和重点.分析认为:铝合金仍是未来几年搅拌摩擦焊的主要研究材料,而镁合金、铜合金、不锈钢、碳钢以及异种金属的搅拌摩擦焊将也将成为研究的热点.焊接工艺、有限元数值模拟以及接...     

2219铝合金搅拌摩擦焊温度场的三维实体耦合数值模拟

为更贴近实际的模拟搅拌摩擦焊焊接过程中复杂的热力行为,试验通过建立三维搅拌摩擦焊过程数学模型,采用三维实体耦合的有限元方法来分析2219铝合金搅拌摩擦焊热过程和温度场分布.结果表明,搅拌摩擦焊焊缝的温度场梯度呈现上密下疏,前密后疏的分布状态,最高温度位于后退侧的搅拌针与轴肩的过渡区,焊缝后退边的温度高于前进边,搅拌针底部温度超过2219铝合金的再结晶温度,可确保对接接头根部形成紧密焊缝,模拟结果为研究搅拌摩擦焊的机理和优化搅拌摩擦焊焊接工艺提供了支持.     

Ti6Al4V钛合金背部加热辅助搅拌摩擦焊的温度场研究

以Ti6Al4V钛合金为研究对象,基于有限元软件Abaqus,建立了搅拌摩擦焊接过程的有限元分析模型,研究了传统搅拌摩擦焊及背部加热搅拌摩擦焊的焊接温度场。结果表明,采用合理的焊接工艺参数可使传统搅拌摩擦焊与背部加热搅拌摩擦焊的温度峰值接近,且温度峰值出现在搅拌头的后方。相比于传统搅拌摩擦焊,背部加搅拌摩擦焊过程中搅拌头前部的高温区域更大且温度梯度较小,有利于降低搅拌头的磨损。     

磨擦加工细化铝合金表面涂层组织及增强结合强度的机制

磨擦加工技术(FSP)细化铝合金表面涂层组织及增强结合强度的机制采用无针搅拌头对7075铝合金表面热喷涂铝基Al_2O_3-TiB_2涂层进行搅拌摩擦加工。通过SEM分析了搅拌摩擦加工前后涂层的组织,粘结拉伸法测试了涂层搅拌摩擦加工前后的结合强度。应用ABAQUS有限元软件模拟分析搅拌摩擦加工过程中的温度场和应力场。结果表明,搅拌摩擦加工过程,涂层加工区域的温度达到500℃以上,应力超过330 MPa,涂层发生了剧烈的热机械变形,产生动态再结晶,使原始组织中孔洞、间隙和裂纹等缺陷消失,形成细小的新晶粒。涂层和基体间由于剧烈的热机械变形产生固相焊合,结合强度由5.2 MPa提高到48.6 MPa。     

6063铝合金搅拌摩擦焊焊缝组织特征与腐蚀行为研究

研究了主轴旋转速度对6063铝合金板搅拌摩擦焊(FSW)焊缝组织与耐蚀性的影响,采用静态失重法、动电位极化曲线和交流阻抗谱对比研究了母材和焊缝在3.5%的NaCl溶液中的电化学行为,借助光学显微镜和扫描电镜观察母材和焊缝的显微组织以及腐蚀形貌。结果表明,搅拌摩擦焊后,合金焊接接头由母材区(BMZ),热机械影响区(TAMZ),焊核区(WN)组成。晶粒形状由母材区的粗大多边形或长条状转变为焊核区细小的等轴状,在热机械影响区形成了明显的塑性流动现象;母材和焊缝的平均腐蚀速率分别为0.078 1、0.231 5、0.347 2和0.405 1g/(m2·h);6063铝合金的主要腐蚀类型是点蚀和晶间腐蚀,在搅拌摩擦焊过程中晶粒细化和晶界增多是焊缝耐蚀性能降低的主要原因。     

基于数值模拟的搅拌摩擦焊接成形缺陷预测

采用DEFORM-3D软件建立了搅拌摩擦焊三维热-力耦合有限元模型,通过数值模拟研究了不同工艺参数条件下预测搅拌摩擦焊成形缺陷的方法。将数值模拟的缺陷预测结果与实验结果进行对比,验证了本模型进行缺陷预测的可行性。为了研究焊缝成形缺陷产生的原因,对比分析了搅拌倾角、焊速等工艺参数影响搅拌摩擦焊温度及材料流动的规律,结果表明,增大搅拌头倾角可明显增加焊缝前进侧材料的焊接温度,增大焊速会小幅降低前进侧根部材料的焊接温度。同时,增大搅拌头倾角可增大搅拌头后方材料的接触压力,相应地可增大其摩擦驱动力,促使材料产生塑性流动;但增大焊速,会使接触压力降低,使材料因摩擦驱动力不足而流速过小,甚至停止流动形成孔洞型缺陷。     

火焰辅助加热搅拌摩擦焊数值模拟与试验研究

搅拌摩擦焊(FSW)技术在高熔点材料上的应用仍然受限于搅拌头的寿命。在FSW过程中,搅拌针承受着巨大的剪切力和摩擦磨损。预热工件可以软化被焊材料,是提高搅拌头寿命的方法之一。本文进行了Q235钢氧-丙烷火焰辅助加热FSW数值模拟与试验研究;建立了火焰与搅拌头双热源模型,利用有限元分析软件ANSYS模拟分析了FSW过程中的热量传递过程,获得了被焊材料的温度场分布;进行了Q235钢的火焰辅助加热FSW试验研究,分析了对接焊时FSW接头热影响区、热力影响区和焊核区的显微结构,以及焊缝的显微硬度。计算得到的热影响区形状和尺寸与试验测量的结果基本吻合。     

铝合金FSW拼焊板塑性变形规律研究

铝合金搅拌摩擦焊拼焊板焊缝各区力学性能的差异导致拼焊板成形时严重的不均匀性,降低了拼焊板的成形性能,极大地限制了铝合金拼焊板的应用。以2024铝合金搅拌摩擦焊拼焊板为研究对象,通过实验和有限元模拟系统研究接头力学性能失配对铝合金拼焊板塑性成形性能的影响规律和机理。对铝合金搅拌摩擦焊接头进行金相检验和硬度测试,根据接头组织及硬度分布特征,将搅拌摩擦焊接头划分为焊核区、热机影响区、热影响区以及母材区4个部分,以此建立搅拌摩擦焊接头的有限元模型,并对接头变形过程中的约束与协调变形规律进行分析。接头变形时拉伸应力在屈服应力最小的区域最低,在屈服应力较大的区域相应升高,且在接头中存在失配比交界处都会发生突变。从形变能的角度分析,这主要是由于力学性能失配而导致变形不协调及相互约束,表现在接头拉伸性能上就是屈服强度及屈服位置、抗拉强度、延伸率随接头各区失配比组合的差异。     

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...     

2219铝合金FSW/VPPAW交叉焊缝气孔缺陷

以6mm厚2219铝合金板材为研究对象,在搅拌摩擦焊焊缝上表面,沿垂直于搅拌摩擦焊方向,进行变极性等离子弧对接立焊,获得十字交叉焊缝.重点研究了搅拌摩擦焊热输入量对交叉焊缝气孔敏感性的影响.结果表明,随着搅拌摩擦焊热输入量的提高,焊缝中气孔数目减少.该研究为后续交叉焊缝气孔产生机理和解决方案的研究奠定了基础.     

6061铝合金搅拌摩擦焊有限元分析及工艺研究

以6061铝合金为母材进行搅拌摩擦焊,建立了搅拌摩擦焊焊接时的产热模型,通过改变板料厚度,对厚板铝合金搅拌摩擦焊时根部易出现缺陷的问题进行了有限元分析,分析采用双轴肩结构形式,进行了单、双轴肩搅拌摩擦焊焊接接头金相试验,为6061铝合金厚板焊接常出现的根部连接较弱的问题提出了可供借鉴的解决思路。     

超声对不同铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

利用自行研制的超声搅拌摩擦焊机分别对2219,7A52,LF21铝合金进行了常规搅拌摩擦焊和超声搅拌摩擦焊两种不同焊接的试验,并对常规搅拌摩擦焊与超声搅拌摩擦焊焊缝的微观组织、拉伸断口形貌进行了对比分析.结果表明,超声搅拌摩擦焊与常规搅拌摩擦焊相比热影响区几乎消失;超声搅拌摩擦焊焊缝焊核区组织比常规搅拌摩擦焊焊核区组织晶粒更加细小;断口扫描电镜图显示母材断口韧窝具有非等轴状待征,韧窝边上撕裂棱明显表明为韧性断裂;超声搅拌摩擦焊断口韧窝撕裂棱不明显;超声搅拌摩擦焊比常规搅拌摩擦焊的平均抗拉强度有所提高,但断后伸长率有所降低.     

加工中心皮带轴热力学仿真分析

文章以加工中心皮带轴为研究对象,采用有限元方法,运用solidworks软件,对加工中心皮带轴的热态特性进行研究.确定加工中心皮带主轴热分析的边界条件,计算出轴承发热量,建立加工中心主轴热力学有限元模型,利用solidworks软件对皮带轴在最高转速下进行稳态热分析、温升变化以及温度场分布情况,结果表明该加工中心皮带轴结构设计合理,温升在控制范围之内.     

6061铝合金搅拌摩擦焊接温度场及性能分析

6061铝合金的搅拌摩擦焊接接头大体分为五个区,每个区域经历的热循环作用不同,各个区域微观组织及力学性能不同。采用传统的热电偶测温的方法难以测量焊接接头各区域,特别是焊核区的热循环。采用实际测量和有限元计算相结合的方法研究搅拌摩擦焊接的温度场。使用热电偶测温的方法测量除焊核区之外的各个区域的温度,通过JMAT软件得到材料的热物理属性,并利用ANSYS热分析得到搅拌摩擦焊接各个区域的温度。通过理论计算和现实测量结果得到常规焊接方法无法得到的焊核区的温度。结合6061铝合金TTP曲线以及各个区域所经历的热循环,分析6061铝合金搅拌摩擦焊接各区力学性能。     

搅拌摩擦焊接过程中搅拌针锥角和预热对温度分布的影响

搅拌摩擦焊(FSW)被广泛应用在工业上,用来连接有色金属,尤其是铝合金。采用基于有限元分析的三维模型研究FSW过程中铜C11000的热特性。模型包含了搅拌头的机械作用和待焊接材料的热性能,以材料和搅拌针以及轴肩之间的摩擦作为热源。结果表明,温度的预测结果与实验结果具有良好的一致性。此外,数值模拟方法可以简单地应用于测量搅拌头下方工件的温度。研究了预热温度和搅拌针锥角对温度分布的影响。搅拌针锥角的增加可提高焊缝周围的温度,但预热不会影响焊缝周围的温度分布。     

基于热接触分析的电主轴热态特性研究

采用热接触有限元分析方法对电主轴的温度场进行了分析,并且通过实验对有限元分析模型进行了校核和验证,提出了改善电主轴热态特性的措施,对改进措施的效果进行有限元分析,分析表明改进措施具有良好效果。分析了在油脂润滑和油-气润滑条件下电主轴温升所引起的的热变形,结果表明降低主轴温升对减小主轴的热变形具有明显效果。     

搅拌摩擦焊过程中搅拌头受力与变形的计算方法

提出了搅拌摩擦焊过程中搅拌头受力的计算方法,基于搅拌针的受力情况,对搅拌头在搅拌摩擦焊过程中的变形进行了计算。计算结果表明,搅拌摩擦焊中的温升对改善搅拌头受力具有非常重要的影响,提高焊接温度,将大大降低搅拌头在焊接过程中行进时所受的力,这将极大提高搅拌头的使用寿命。由于变形量很小,因此,可以认为搅拌针在焊接过程中的变形对焊缝形成没有影响。     

钛合金的搅拌摩擦焊探索

通过对钛合金热物理性能分析，比较了钛合金的搅拌摩擦焊特性；针对钛合金的特点特别设计和使用了可以满足钛合金搅拌摩擦焊的搅拌头、垫板、冷却和保护装置等；并且对Ti-6Al-4V钛合金的搅拌摩擦焊焊缝和接头进行了观察分析，还对接头力学性能进行了测试，初步试验结果表明搅拌摩擦焊可以实现钛合金焊接，接头强度可以达到母材强度90％以上，但是搅拌摩擦焊工艺、参数、搅拌头还需要进一步优化，性能指标还可以进一步提高。