CLAM 钢搅拌摩擦焊温度场有限元分析

通过Ansys Apdil参数化语言建立三维温度场模型,采用移动热源分步加载的方法,对CLAM钢在搅拌摩擦焊接过程中的温度场进行模拟分析,结果表明,CLAM钢可以进行固态连接;搅拌摩擦过程中热能主要来自轴肩摩擦生热;焊接头四周的高温区域一直呈现出椭圆形,温度呈阶梯状分布。在板厚方向上,从上表面到下表面温度依次降低,呈等腰梯形分布。     

45#钢摩擦焊工艺及变形研究

本文介绍了45#钢件摩擦焊工艺参数、零件装夹、焊接过程及过程中参数的实时变化情况,着重分析了焊接部位厚度、主要焊接工艺参数对焊接收缩、焊头强度和变形的影响。简要分析了产生上述情况的主要原因,并提出相应的解决措施。     

连续驱动摩擦焊接头的特征形貌和性能

通过引入接头形貌特征参量表征因子(取粘径比α=粘合区长度/原始直径,比例因子η=外缘热影响区宽度/中心热影响区宽度),研究了摩擦压力和摩擦时间等工艺参数对45号钢连续驱动摩擦焊接头的形貌及力学性能的影响。结果表明,随着摩擦压力的升高粘径比α先升高后降低,而比例因子η持续升高;当摩擦压力为60 MPa时,随着摩擦时间的延长粘径比α不断增大,而比例因子η则不断减小。当综合因子δ(δ=η/α)为1.15-1.31时摩擦焊接头的热输入量适中,接头的力学性能良好,可作为45号钢连续驱动摩擦焊接头良好焊接工艺规范的制定原则。     

热电耦合对铝/钢连续驱动摩擦焊接头组织的影响机理

采用连续驱动摩擦焊技术焊接纯铝1060/Q235低碳钢异质接头,开展两个周期(30天/60天)热电耦合实验(静载392 N+高温300 ℃+直流60 A),研究热电耦合对铝/钢异质接头焊缝微观组织、力学性能及界面生长的影响。结果表明：原始态接头界面径向金属间化合物(IMCs)层厚度不均匀,中心区域无明显IMCs生成。热电耦合30天后界面中心生成宽度为0.3~0.5 μm且以颗粒状由钢侧向铝侧弥散分布的IMCs层,整体拉伸断裂在铝母材的热力影响区。热电耦合60天后IMCs层与钢侧之间出现腐蚀沟槽,IMCs破碎,钢侧无裂纹产生,铝侧形成大量由IMCs层向铝母材内部扩展的裂纹和孔洞,焊缝及裂纹尖端处成分偏析,整体拉伸断裂在焊缝处。界面腐蚀和失效速率与界面IMCs层的厚度成正比,即v_center＜v_1/2R＜v_2/3R。由于原始态接头界面组织不均匀以及热电耦合实验过程中界面不同位置组织生长速率的差异,使得热电耦合后接头界面2/3R位置出现不同断裂形貌的分界线,2/3R内侧以准解理断裂方式为主,2/3R外侧为韧窝断裂和准解理断裂的综合结果。     

搅拌摩擦焊数值模拟的现状

自搅拌摩擦焊发明以来，对多种不同材料的搅拌摩擦焊实验研究已取得了巨大的进展，但对搅拌摩擦焊工艺过程的计算机模拟直到最近几年才逐渐兴起。简要叙述了搅拌摩擦焊数值模拟研究的3个主要方向（温度场、流场和组织性能）的研究现状。     

搅拌摩擦焊数值模拟的现状

自搅拌摩擦焊发明以来,对多种不同材料的搅拌摩擦焊实验研究已取得了巨大的进展,但对搅拌摩擦焊工艺过程的计算机模拟直到最近几年才逐渐兴起.简要叙述了搅拌摩擦焊数值模拟研究的3个主要方向(温度场、流场和组织性能)的研究现状.     

纯铝板搅拌摩擦焊温度场数值模拟

建立了搅拌摩擦焊热源模型,利用有限元分析软件ABAQUS模拟了搅拌摩擦焊的温度场,研究了焊接速度、搅拌头轴肩尺寸和垫板材质对搅拌摩擦焊接过程中试板的温度场的影响。结果表明：随着焊接速度的提高,焊件上各点的峰值温度降低,经历高温区的时间减少;轴肩摩擦热是热输入的主要来源,随着搅拌头轴肩尺寸的增加,焊缝中心高温区同一等温线上宽下窄的分布特征越来越明显;垫板材质明显影响焊件底部的温度和分布;适当的焊接参数、搅拌头尺寸及散热条件对获得较好的焊缝质量极为重要。     

喷射成形7055铝合金摩擦焊焊接接头结构与性能

采用连续驱动摩擦焊方法对喷射成形7055铝棒进行了摩擦焊接试验,并对焊接接头的宏观形貌、微观组织和性能进行了分析。试验结果表明:焊接接头的热输入量对于接头外观成形影响较大,当转速为1470r/min时,采用一级时间5s,二级位移2mm,顶锻时间5s,一级压力、二级压力和顶锻压力分别为1MPa、4MPa和4MPa的参数进行焊接时能获得外观成形良好、性能优良的的焊接接头。根据接头明显的区域特征可将其分为四部分:WZ、HMAZI、HMAZII和HAZ;在WZ区、HMAZI区和HMAZII区均发生了动态再结晶,组织致密,晶粒细小;硬度最高区域为HMAZI区,可达原始材料的85%左右;接头导电率可以达到原始材料的水平。     

铝 / 钢异种金属搅拌摩擦焊及其研究进展

铝/钢异种金属连接结构在国防领域和国民生产、生活中更加广泛应用的前提,是获得良好的接头综合性能,但铝/钢焊接时易出现裂纹、金属间化合物等,严重影响了焊接接头质量。摩擦焊作为一种低温高效的固相连接方法,在新材料连接、高性能装备制造等领域受到了高度重视。其中,搅拌摩擦焊由于其可焊接头形式丰富而被重点关注。从搅拌摩擦焊的接头形式、工艺参数、力学性能及界面组织4个方面,分别介绍了铝/钢搅拌摩擦焊的研究进展,为其深入研究提供依据。     

搅拌摩擦焊接全过程热力耦合有限元模型

利用ALE网格自适应技术及相应边界条件处理,建立搅拌摩擦焊接全过程(下压阶段和稳定焊接阶段)热力耦合有限元模型。采用6061铝合金焊件验证模型。结果表明:整个焊接过程温度场最高温度在463℃左右,低于材料熔点;稳定焊接6s后,焊件后方横截面上等效塑性应变区近似呈"V"形分布,前进边侧变形程度较返回边侧剧烈,变形范围更大。     

Ag对热电耦合作用下铝/钢摩擦焊接头界面组织演变的影响

目的 解决铝/钢摩擦焊接头在热电耦合后失效的问题,探究过渡元素对热电耦合后接头力学性能与界面组织的影响机理。方法 采用刷镀法在Q235钢棒端面添加过渡元素Ag并与1060纯铝棒进行连续驱动摩擦焊接,与未添加Ag的接头一起开展为期56 d、静载40 kg、高温300 ℃、直流60 A的热电耦合实验,对比分析热电耦合影响下未添加Ag与添加Ag两种接头力学性能与界面微观组织的变化。结果 经过热电耦合处理后的接头界面发生脆断,其抗拉强度为原始接头的96.2%,伸长量为原始接头的28.9％,界面金属间化合物出现裂纹、孔洞等缺陷。添加过渡元素Ag后,接头抗拉强度为原始接头的98.2%,断裂部位为铝母材并出现颈缩,界面金属间化合物层未出现裂纹、孔洞等缺陷。结论 在为期56 d、静载40 kg、高温300 ℃、直流60 A的热电耦合作用下,添加过渡元素Ag的铝/钢接头可以维持原始接头的力学性能和界面组织。     

超高强钢的摩擦焊工艺研究

目的研究某产品摩擦焊的工艺性能。方法研究了超高强钢45CrNiMo1VA钢在不同摩擦焊接工艺参数下的接头组织与性能,以及在不同热处理回火温度下对焊接接头强度的影响。结果在合适的工艺参数下,45CrNiMo1VA钢的高韧性可以有效保证焊接接头韧性,满足产品高指标的要求,使焊接接头组织具有良好的组织性能,焊后热处理工艺的正确确定是保证焊缝组织性能与母材组织性能的重要保证。结论试验证明超高强钢(45CrNiMo1VA)完全可以应用于摩擦焊生产中,并能获得理想的性能指标。     

基于复合热源的铝合金激光-MIG复合焊接的有限元模拟

针对15mm厚Al-Mg-Zn铝合金试板多层多道激光-MIG复合焊接过程,综合考虑了脉冲MIG焊接过程大量焊丝的填充带入熔池的熔滴热量和激光焊接过程中的小孔能量沉积效应,建立了复合热源模型。使用ABAQUS有限元软件对上述焊接过程进行了温度场模拟,同时采用非线性弹性边界条件来模拟真实的工装约束作用;通过与实验结果进行对比,模拟的焊缝形貌与试验吻合得较好。     

静止轴肩对FSW温度与应力影响的数值模拟

目的研究外部辅助静止轴肩对搅拌摩擦焊接过程温度场以及应力场的影响。方法建立有限模型并采用热机耦合的方法分析常规与静止轴肩辅助工艺下7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接过程,得出不同工艺下的焊接温度与应力分布状态。对比常规与静止轴肩工艺下的温度与应力结果,得出静止轴肩对焊接过程中温度与应力的影响规律。结果焊缝横截面的高温区域均呈现出上宽下窄的碗型分布。相比于常规工艺,静止轴肩辅助工艺的焊缝区域温度具有上升速度较慢、下降速度较快的特点,且温度峰值低了55.7℃。静止轴肩具有随焊碾压的作用,在焊接过程中为焊缝区域提供一个额外的压应力,抵消焊接过程中产生的拉应力,焊后残余应力降低了17.4%。结论静止轴肩辅助工艺对焊缝区域的温度峰值以及残余应力峰值的降低均具有明显效果。     

2024铝合金水下搅拌摩擦焊热力耦合仿真分析

目的 优化搅拌摩擦焊接工艺参数,以提高接头的力学性能。方法 基于ABAQUS软件建立了热力耦合有限元模型,使用耦合欧拉-拉格朗日方法对典型的航空航天用板材2024铝合金的水下搅拌摩擦焊接过程进行了仿真研究。分析了搅拌摩擦焊接过程中板材的温度场分布和材料变形情况,同时研究了前进侧和后退侧相应位置材料的流动特征,进一步讨论了搅拌头冷却速度和摩擦因数对焊接温度和材料流变场的影响。结果 当摩擦因数较小时,针对焊接过程的有限元模拟将会失败;前进侧和后退侧材料变形和流动差异显著;焊接温度和等效应变随摩擦因数的增大而升高,随冷却速度的增大而降低。结论 当摩擦因数为0.8时,能较好地完成焊接。相对于空冷,水冷能明显缩短高温持续时间。     

甲板分段焊接变形仿真与控制

采用热弹塑性有限元方法开展了甲板分段焊接数值仿真,基于三维Shell单元和双椭球焊接热源模型获得了结构温度变化和应力场,得到了甲板分段焊接变形及残余应力分布特点,同时探究了纵向和横向型材15种焊接装配顺序以及3种甲板分段拘束形式对残余应力和焊接变形的影响规律。结果表明,所设计的对称交替焊接方法对应的焊接变形最小,即先从船舯向舷侧焊接纵骨,再从中间向两端交替焊接横向桁材,最后从船舯向舷侧焊接纵向桁材;在甲板分段边缘和中心施加压条约束可获得变形控制与工作量的最佳平衡;通过优化焊接顺序和约束方式,可有效实现大型甲板焊接精度控制。     

Numerical Simulation of Welding Deformation for Hull Superstructure Steel Based on the Finite Element Analysis

Using finite analysis element software, the transient displacement field of automatic submerged arc welding is established. It was also considered that the thermal physical properties changes were depended on the temperatureand the heat loss on the surfac     

大型纵向桁材式基座焊接变形仿真与控制

基于热弹塑性法对大型纵桁式基座焊接过程进行了有限元分析,采用双椭球热源计算了焊接温度场与应力场,获得了基座焊接残余应力分布及变形情况,并对比分析了圆筒单元4种焊接顺序和3种基座约束方式对焊接变形的影响。结果表明,在压条和定位焊双重约束条件下,按照“头尾交替斜对称”焊接,基座变形最小;优化焊接顺序和约束方式,可有效减小大型基座的焊接变形。