2024铝合金搅拌摩擦焊二维流场的数值模拟

采用计算流体力学软件FLUENT建立了基于有限体积法的二维塑性材料流动模型,对2024铝合金搅拌摩擦焊接过程中材料的塑性流动进行数值模拟,研究了焊接参数影响焊缝区域在沿垂直焊件表面方向上材料塑性流动特征的规律。结果表明,在紧靠搅拌头区域材料的塑性流动最剧烈,速度明显高于距搅拌头较远的区域,且材料在回撤边发生绕流现象;随着搅拌头旋转速度的增加,搅拌头附近区域材料流动速度增加,且材料流动较剧烈的区域明显扩大;焊接速度的提高对搅拌头及其附近区域材料的流动影响不大。     

基于湍流计算模型的TC4钛合金搅拌摩擦焊过程的流场分析

以TC4钛合金为研究对象,利用计算流体力学软件FLUENT建立搅拌摩擦焊过程的三维有限体积模型,选取k-ε湍流计算模型,利用数值模拟的方法对材料的塑性流动行为进行了研究。结果表明:搅拌头及其附近区域的材料流动方向与搅拌头的旋转方向相同,且此区域的材料流动速度远大于其它区域;受接触点线速度的影响,轴肩附近的材料流动速度大于焊件内部与搅拌针接触区域材料的流动速度,且搅拌针附近材料的流动速度随搅拌针的直径减小而减小。     

搅拌摩擦焊接中的接触界面材料行为分析

通过有限元模型,模拟不同工况下的搅拌摩擦焊接过程发现,焊接构件的中下部搅拌针,与焊接构件接触面上材料流动的速度以及厚度方向上的位置无关,但是靠近上表面的材料流动速度明显增加,而且靠近上表面的材料流动速度与厚度方向上的坐标均呈近似的线性关系。搅拌头轴肩下方的区域是材料流动的主要区域,在轴肩外边缘区域,材料流动速度迅速降低。焊接温度和材料流动速度随搅拌头转速的增加而增加,滑动系数随搅拌头转速的增加而增加。预热时间的变化,对无缺陷搅拌摩擦焊接过程的影响较小。     

三维搅拌摩擦焊接过程数值模拟

将搅拌摩擦焊接过程中材料的流动看作是层流、粘性、非牛顿流体绕过旋转的圆柱体,并基于流体力学理论,建立了三维搅拌摩擦焊缝金属塑性流动的数值分析模型.计算结果表明,在焊缝上部表面附近,由于搅拌头轴肩的影响,材料流动比较混乱,发生多次绕流现象;焊缝下部材料流动规律性较明显:只有很少一部分靠近搅拌头探针的材料在焊接过程中受到探针的作用而发生变形和流动,在大多数的模拟条件下,探针直径范围内的材料仅仅在回撤边一侧沿旋转方向绕过探针.焊缝中部具有底部和上部材料的流动特点,是探针和轴肩共同影响的结果.采用"标记嵌入技术"对焊缝金属流动进行可视化研究,试验结果与模拟结果进行了验证,模拟结果能很好地预测塑性金属流动趋势.     

搅拌摩擦焊接过程中材料流动形式

采用完全热力耦合模型对搅拌摩擦焊接过程进行模拟,并详细分析了搅拌摩擦焊接过程中的材料流动形式.结果表明,模型可以成功预测搅拌摩擦焊接过程材料流动和温度分布情况.通过对搅拌头周围材料流动的研究,分析了搅拌摩擦焊接过程中飞边现象形成的主要原因.研究了搅拌摩擦焊接构件不同厚度上材料的三维流动形式,通过与二维情况的比较证实,二维情况下的材料流动数值模拟结果对应于搅拌摩擦焊接构件靠近下表面部分的材料流动情况.从等效塑性应变的分布也能证实搅拌头轴肩对靠近上表面的材料行为具有明显影响,而对下表面附近材料行为影响较弱,从而说明二维情况对应三维情况靠近下表面的部分.     

铝合金双轴肩搅拌摩擦焊过程材料流动行为

由于下轴肩的引入,双轴肩搅拌摩擦焊(BT-FSW)过程中的材料流动行为较常规搅拌摩擦焊更为剧烈和复杂,显著影响接头力学性能. 以2219铝合金为研究对象,基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立了BT-FSW过程三维热力耦合模型,并利用示踪粒子技术分析了焊接过程中材料的流动行为. 结果表明,BT-FSW过程中的材料流动存在不同时性,靠近轴肩的材料先开始运动,且流动剧烈,随着逐渐远离轴肩位置,材料流动愈加滞后,但流动状态更加平稳;水平方向上前进侧材料作为剪切层内侧材料,绕搅拌针旋转后大部分沉积于搅拌头后方前进侧区域,而后退侧材料仅受到剪切层内侧材料的带动,进而被旋推至后方沉积;厚度方向上塑性材料在抵达搅拌头后方焊缝中心线前流动较弱,随后材料受到上、下轴肩挤压向板材中心流动.     

轨道车辆铝合金FSW焊接过程数值模拟

以6 mm厚的6005A-T6铝合金为研究对象,利用计算流体力学软件FLOW-3D建立搅拌摩擦焊过程的三维有限元体积模型,对其温度场、材料的塑性流动行为进行了模拟计算。结果表明,温度场中最高温度集中在搅拌头轴肩区域,温度区域由轴肩处向四周扩散呈环形分布,但前后扩散梯度和范围不同。搅拌头后方的温度要明显高于搅拌头前方;金属流动速度呈规律性分布,轴肩的速度较大,搅拌针底面的速度较小。     

搅拌头轴肩形状对6061铝合金FSW过程中轴向力的影响

为了机器人FSW工程化应用,研究搅拌头轴肩形状对轴向力的影响. 采用平面与凹面两种轴肩形状的搅拌头,对6061-T6铝合金板材进行搅拌摩擦焊,测量、记录和分析焊接过程中的轴向力,建立轴肩受力模型,综合分析轴向力的分布及变化规律. 结果表明,平面轴肩搅拌头焊接所得焊缝形貌优于凹面轴肩搅拌头;平稳焊接阶段轴向力分布曲线呈锯齿状波动,平面轴肩对应曲线的波动幅度较小;当搅拌头转速为1500 r/min、焊接速度为95 mm/min时测得轴向力最低,采用平面轴肩时所测轴向力为3 828 N,而凹面轴肩则为4 018.5 N. 分析认为凹面轴肩产生的焊接热输入较小,材料上下方向塑性流动的阻力较大,相应的反作用力也较大. 另外,根据受力分析,采用凹面轴肩焊接时,搅拌头前进方向的移动会叠加一定的轴向分力,导致凹面轴肩搅拌头焊接过程中所受的轴向力较大.     

铝合金搅拌摩擦焊接缺陷分析及工艺优化

以7075铝合金为研究对象,采用自设计的2.5°内凹轴肩三斜面圆锥搅拌头进行搅拌摩擦焊接试验,研究了下压量,搅拌头旋转速度,焊接速度等不同焊接工艺参数对接头质量的影响。通过分析焊接参数、摩擦产热以及材料塑性流动之间的相互影响,揭示缺陷的形成机理及其对焊接接头性能的影响,并提出了相关的预防与工艺优化方案,以降低7075铝合金搅拌摩擦焊接缺陷的形成机率。     

焊接速度对BT-FSW 2219铝合金接头流动行为及组织与力学性能影响分析

以4 mm厚2219-T87铝合金为研究对象,采用数值模拟和试验研究相结合的方法,研究了焊接速度对双轴肩搅拌摩擦焊接(BT-FSW)过程中金属流动行为、接头组织特征和力学性能的影响. 模拟结果表明,随着焊接速度增加,焊缝高温区逐渐变窄,轴肩附近的材料流动减弱,而搅拌针附近的材料流动增强. 试验结果表明,随着焊接速度增加,材料汇流区及S线缺陷均向前进侧(AS)靠近,焊接速度过大时AS附近的搅拌区(SZ)形成不连续组织. 接头SZ的硬度值随着焊接速度增加而增大,而拉伸强度先增大后稍降低. 当转速为300 r/min,焊接速度为150 mm/min时,接头获得最大的拉伸强度,为414 MPa ± 4MPa.     

焊接结构和顺序对焊接残余应力影响研究

采用有限元软件MSC.Marc,对使用高强钢制造的工程机械常用局部加强贴板焊接结构进行焊接残余应力数值模拟计算分析。文中分别对四种不同结构和焊接顺序进行计算,对比分析结果表明:结构拘束和焊接顺序对焊接残余应力有重要影响,局部加强贴板增加结构拘束度,导致焊接残余应力增大;先焊主结构,再焊局部加强贴板,焊接残余应力最大。因此,合适地设计焊接结构和焊接顺序有利于降低结构的焊接残余应力,提高焊接结构的可靠性。     

焊接专家——史耀武

史耀武 ,194 0年生于北京。汉族。中共党员。 1959年北京市第四中学毕业。196 4年西安交通大学毕业 ,毕业后留校任教。 1982年在英国Ａｓｔｏｎ大学冶金与材料工程系获得博士学位。 1985年起任西安交通大学教授。 1984年至 1987年任西安交通大学机械工程系副主任 ;1987年至 1994年任系主任兼机械工程研究所所长。 1990年起任博士生导师 ,并与其他教师一起创建了西安交通大学焊接专业博士点。 1995年调入北京工业大学 ,现任北京工业大学材料科学与工程学院院长。在与教师的共同努力下 ,自 1998年以来先后拥有了材料学科的二级至一级的全部博…     

薄板工字梁焊接变形的控制

大型薄板工字梁抗弯刚性小,焊接变形复杂且多样,变形量控制困难。通过对薄板工字梁焊接变形的原因进行分析,提出了控制其变形的技术措施。实践表明,焊接变形可控制在标准允许范围内。     

焊接经验公式在焊接工艺中的应用

本文对于手弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊等焊接方法的焊接电流、电弧电压经验公式进行了对比分析，指出了这些经验公式使用的范围及使用时须注意的问题。实践证明，这些公式简便、实用。     

大型三幅板焊接齿轮的组装与焊接

本钢1700轧机改造项目中的F1、F2大齿轮是迄今为止我厂生产的最大的焊接齿轮.其外形尺寸为1340mm×3740mm.制造执行的是德国西马克SN200技术标准,并首次采用了埋弧自动焊技术,焊后探伤一次通过.     

20钢蒸汽管道氩电联焊焊接工艺

本文分析了对20钢蒸汽管道采用的TIG打底焊、SMAW焊条填充、盖面时的焊接工艺,采用该工艺减少了气孔、夹渣和未焊透等缺陷,提高了焊接接头的射线检验合格率,保证了焊接质量。     

弧焊机器人焊接质量控制研究综述

弧焊机器人的焊接质量决定其在工业生产中的应用水平。本文总结了弧焊机器人焊接质量闭环控制系统的技术体系,分析了弧焊电源、焊接专家系统、焊接动态过程建模与控制、自主焊缝跟踪等技术的研究现状,对相关技术发展趋势作了展望。     

立焊工艺研究现状及手工自蔓延焊接立焊工艺探讨

概述了国内外学者对于十种熔焊焊接技术立焊工艺的研究现状,分析了各种立焊工艺的优缺点.主要包括手工焊条电弧焊立焊、变极性等离子弧穿孔立焊、半自动CO<,2>气体保护焊立焊、激光立焊、向下立焊、双人同步TIG立焊、电渣焊立焊、自动CO<,2>气体保护焊立焊、气电立焊、自熔导管自保护药芯焊丝式立焊等.评述了手工自蔓延焊接技术及其所具有的军事及民用价值,并着重讨论了手工自蔓延焊接的立焊工艺所存在的问题,指出了需要进一步深入研究攻关的方向.     

从美国焊接手册看特种焊工艺的变迁

总结对比了美国焊接手册第4版（1960年出版）～第8版（1991年出版）中特种焊工艺的动态变迁历史。此外，慨括了现阶段的典型特种焊工艺及20世纪70-90年代有重大影响的特种焊工艺。     

从美国焊接手册看特种焊工艺的变迁

总结对比了美国焊接手册第4版(1960年出版)￣第8版(1991年出版)中特种焊工艺的动态变迁历史。此外,概括了现阶段的典型特种焊工艺及20世纪70￣90年代有重大影响的特种焊工艺。