搅拌摩擦焊工艺参数对轴向压力的影响研究

针对6 mm厚5A06-H112铝合金搅拌摩擦焊接过程中轴向压力的变化进行正交试验,采用自制的搅拌摩擦焊轴向压力测力平台得到了焊接过程中工艺参数对轴向压力的影响规律。结果表明:在保持其他焊接工艺参数恒定的条件下,搅拌摩擦焊接过程的轴向压力随搅拌工具旋转速度的增加而减小,随焊接速度的增加而增大,随下压量的增加而增大;搅拌工具旋转速度对轴向压力的影响程度最大,焊接速度次之,下压量影响程度最小;当轴向压力大于4.8 k N时,焊缝力学性能良好。     

采用辅助能量的搅拌摩擦焊新工艺

常规搅拌摩擦焊一般需要很大的轴向压力和搅拌头转矩来产生足够的摩擦热和塑性功来软化材料形成焊缝。这会导致搅拌头磨损,并限制焊接速度的提高,尤其是在焊接高强高硬材料时,这种问题变得更加突出。为了解决这些问题,研究人员通常采用辅助能源(激光、电弧热、电阻热、感应热等)来协助软化待焊材料,从而降低轴向压力和搅拌头转矩,并提高焊接速度。然而,对于作为固相连接的搅拌摩擦焊,这种直接加热的方式往往具有一些固有的不足之处。作为一类机械能,超声振动能够在无显著加热的条件下降低金属材料的变形抗力。因此,利用超声振动作为辅助能源,构成超声强化的搅拌摩擦焊新工艺,可改善焊接质量、降低焊接载荷、提高焊接速度,具有很大的发展潜力。文中对这些采用外加辅助能量的搅拌摩擦焊新工艺技术进行了评述,并对该领域下一步的研发方向进行了展望。     

中国首台重载机器人搅拌摩擦焊系统顺利交付

2014年11月初,北京赛福斯特技术有限公司与德国KUKA机器人集团公司联合开发的国内首台重载机器人搅拌摩擦焊系统向广州有色金属研究院成功验收交付。该系统集成了多项先进技术,包括压力及位移控制、自动换刀控制、机头冷却润滑控制等技术,大大提升了搅拌摩擦焊技术焊接过程的自动化和智能化程度。该设备既适用于传统搅拌摩擦焊接,也兼容了搅拌摩擦焊最新技术,如静轴肩和双轴肩搅拌摩擦焊接等。此外,为满足客户对设备系统升级的需求,还预留了焊接过程的激光扫描、焊缝跟踪等通讯接口。     

搅拌摩擦焊接技术的研究现状与前景展望

搅拌摩擦焊接技术是近年来发展较快的一种焊接技术,目前在多个行业中获得了深度关注并取得了飞速发展,研究材料从最初的铝合金到现在涵盖了多种的金属材料、轻合金材料、非金属材料等;搅拌头结构也已经多种化,从传统的结构发展到现在的以双头搅拌头、固定轴肩搅拌头和浮动轴肩搅拌头等为代表的创新形式焊接工具,焊接工艺从单一以控制转速比、轴向压力、焊接倾角和下压量的单热源摩擦焊再到为解决高熔点金属的搅拌摩擦焊应用的先进焊接技术,如激光、等离子、超声-搅拌摩擦复合焊等以及电磁感应-摩擦复合焊等复合焊接方法。搅拌摩擦焊接技术以其巨大发展潜力和独有的技术优势迅速得到社会的认可和技术推广,逐渐成为当下最热门的固相连接技术方法之一。     

搅拌摩擦焊收焊匙孔填补的研究

搅拌摩擦焊接虽是一种绿色的焊接技术且焊缝质量优良,但在收焊处存在搅拌针形状大小的匙孔,往往产品上的收焊匙孔需进行消除或填补。本文对搅拌摩擦摩擦焊匙孔的消除或填补的工艺方法进行了总结和探讨,对生产过程中搅拌摩擦焊匙孔的填补具有重要的参考价值。     

曲面件搭接接头搅拌摩擦焊温度场的数值模拟及参数优化

采用点点之间连接的方法实现了曲面结构件的搅拌摩擦焊焊接热源模型的加载,研究了飞机中蒙皮与桁条结构的搅拌摩擦焊搭接接头温度场的动态变化过程.结果表明,随着焊接速度的减小、旋转速度的增加以及搅拌头压力的提高,搅拌摩擦焊过程中的温度峰值升高,焊缝区域的高温区域扩大.从提高材料流动性以及避免出现熔焊的角度,提出了搅拌摩擦焊焊接工艺参数的优化方案.     

AA5083铝合金的搅拌摩擦焊接工艺参数对搅拌头受力和热输入的影响(英文)

采用系统实验设计方法研究AA5083铝合金搅拌摩擦焊接工艺参数对搅拌头受力和热量输入的影响,得到了用来设计搅拌摩擦焊搅拌头和焊机的经验模型。当采用计算机来控制搅拌摩擦焊接时,这些模型可用来确定AA5083这类铝合金的摩擦焊接工艺参数、编制焊接程序及工艺参数控制。结果表明:影响轴向力和热量输入的重要参数是搅拌头转速、焊接速度和搅拌头轴肩直径,而影响纵向应力的重要参数是焊接速度和探头直径。     

基于田口法的高硅铝合金超高旋转速度搅拌摩擦焊接工艺优化

超高旋转速度搅拌摩擦焊借助超高旋转速度摩擦热量实现了薄板高硅铝合金的连接,这一方法大大降低了搅拌摩擦焊接的轴向力,减小了焊接变形,对焊接薄板铝合金具有独特的优势。文中以焊缝成形质量和焊接接头抗拉强度作为响应值,基于田口法对影响焊接质量的主要焊接工艺参数(旋转速度、焊接速度和下压量)进行试验设计,优化高硅铝合金超高旋转速度搅拌摩擦焊工艺。结果表明,焊接速度和下压量是显著影响因素,最优焊接工艺参数焊接速度为60 cm/min,旋转速度为14 000 r/min,下压量为1.8 mm。这一工艺条件下高硅铝合金超高旋转速度搅拌摩擦焊接接头的最大抗拉强度为129 MPa,达到母材高硅铝合金抗拉强度的97%。     

基于田口法的高硅铝合金超高旋转速度搅拌摩擦焊接工艺优化

超高旋转速度搅拌摩擦焊借助超高旋转速度摩擦热量实现了薄板高硅铝合金的连接,这一方法大大降低了搅拌摩擦焊接的轴向力,减小了焊接变形,对焊接薄板铝合金具有独特的优势。文中以焊缝成形质量和焊接接头抗拉强度作为响应值,基于田口法对影响焊接质量的主要焊接工艺参数(旋转速度、焊接速度和下压量)进行试验设计,优化高硅铝合金超高旋转速度搅拌摩擦焊工艺。结果表明,焊接速度和下压量是显著影响因素,最优焊接工艺参数焊接速度为60 cm/min,旋转速度为14 000 r/min,下压量为1.8 mm。这一工艺条件下高硅铝合金超高旋转速度搅拌摩擦焊接接头的最大抗拉强度为129 MPa,达到母材高硅铝合金抗拉强度的97%。     

搅拌摩擦焊中轴向压力变化分析

利用置于主轴内部的压力传感器采集搅拌摩擦焊接过程中的轴向压力值,分析轴向压力的变化规律来进一步理解搅拌摩擦焊的焊接过程。结果表明,在搅拌针下压过程中,轴向压力先增加后减小,最高压力值随着旋转速度的增加而增加;在轴肩下压过程中,压力再次增加直至下压过程停止;在搅拌头前进过程中,轴向压力先增加随后进入稳定阶段,在焊接速度不变的情况下压力值随旋转速度的增加而减小,在旋转速度不变的情况下压力随焊接速度的增加而增大。     

基于焊接力开环及闭环模式交互作用的摩擦焊接技术研究

基于焊接力开环模式及闭环模式交互控制方式,研制摩擦焊机轴向加载液压系统,实现对焊接辅助过程、三级摩擦焊接过程中轴向焊接力的控制。从辅助过程到自动焊接过程,轴向力的变化经历了七个阶段:在辅助过程中,开环模式控制下的轴向力对摩擦焊接缩短量及工件焊后尺寸精度无明显影响;在三级摩擦焊接过程中,闭环模式控制下的轴向焊接力的控制精度、稳定性对摩擦焊接轴向缩短量及工件焊后尺寸精度具有直接和间接的影响。基于焊接力开环模式及闭环模式交互控制方式研制的轴向摩擦焊机,可实现材料为40Mn2、型号为XDZ190支重轮摩擦焊,焊接接头成形良好,工件的摩擦焊接缩短量精度控制在0～0. 5 mm以内。     

搅拌摩擦焊在运载火箭贮箱制造中的应用与发展

搅拌摩擦焊作为一种新兴的固相连接技术,其焊接接头质量高、焊接产品变形小,一经问世即受到各行各业特别是航天工业的青睐。美国、日本及欧洲各国均对搅拌摩擦焊技术进行了大量深入的研究,并广泛应用到运载火箭燃料贮箱的焊接生产中,实现了运载火箭贮箱全搅拌摩擦焊接的工程化应用。中国对搅拌摩擦焊技术的研究起步相对较晚但发展迅速,近几年里在工程化应用上取得了较大的成就,目前在中国运载火箭燃料贮箱焊接中已得到成功的应用。随着对搅拌摩擦焊技术机理及工程化研究的不断深入,搅拌摩擦焊技术正向着设备智能化、工艺集成化和生产高效化的方向发展。     

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.     

搅拌摩擦焊焊接技术在医疗设备生产中的应用

采用搅拌摩擦焊焊接方法,对5083-O铝合金厚板进行了焊接工艺试验,分析了焊接接头的力学性能和无损检测的检验结果,验证了所选用的焊接工艺参数用于实际生产的可行性,并简单叙述了采用搅拌摩擦焊焊接工艺在医疗设备铝合金部件焊接生产中遇到的主要质量问题。     

异种金属材料搅拌摩擦焊的研究现状及展望

对近年来国内外异种金属搅拌摩擦焊的研究现状进行了总结。重点对异种材料搅拌摩擦焊的特点、应用及其组织演化特征进行归纳和分析。异种材料连接结构具有两种材料综合的优异性能,随着异种材料连接结构应用前景的不断扩大,采用搅拌摩擦焊接技术的优势是生产效率高、焊接变形小、成本低、质量好等。但是,异种材料的搅拌摩擦焊技术存在一个突出的问题就是接头中存在金属间化合物,这会对其力学性能产生十分不利的影响。因此,在进行异种材料的搅拌摩擦焊时,对金属间化合物的形貌及分布状态的控制是获得优良焊接接头的关键所在。     

搅拌摩擦焊CAPP系统的研究与开发

以搅拌摩擦焊工艺为主要研究方向,采用面向对象技术,利用UML建模,设计并开发了一套基于Oracle数据库的C/S结构模式的搅拌摩擦焊CAPP系统。该系统不仅实现了完整的搅拌摩擦焊工艺设计,还可以进行工艺文件管理及焊接知识查询等功能。该系统不仅提高了企业搅拌摩擦焊接的生产效率,还规范化了搅拌摩擦焊接工艺的管理、设计。     

搅拌摩擦焊设备和控制系统研究现状

搅拌摩擦焊设备是实现搅拌摩擦焊过程的前提和基础,搅拌摩擦焊技术的进步需要新型搅拌摩擦焊设备的支持。对搅拌摩擦焊设备和控制系统进行了介绍,对比分析了传统设备改造的搅拌摩擦焊机、搅拌摩擦焊专机以及工业机器人在刚性、柔性、成本等方面的特点。目前,由传统设备改造的搅拌摩擦焊机和搅拌摩擦焊专机仍然是搅拌摩擦焊生产的优选设备,其在刚性方面的优势为得到高质量的焊接接头奠定了基础。利用工业机器人进行搅拌摩擦焊具有很好的前景。焊接载荷控制系统一定程度上弥补了工业机器人刚性不足的缺点,大大扩展了该类设备的应用领域。     

轻质异种材料摩擦焊研究现状

由于异种材料物理、化学性能及力学性能方面存在显著差异,导致其在焊接过程中容易出现被氧化、形成脆性金属间化合物、焊接变形严重等焊接缺陷。而摩擦焊作为一种绿色固相连接技术,因其焊接温度低、焊接质量好、焊接过程稳定等优点,已经在异种材料焊接中得到了广泛的应用。详细综述了异种材料搅拌摩擦焊、线性摩擦焊轴向摩擦焊的国内外研究进展,涉及到焊接工艺、力学性能和成分分析等方面,着重介绍了铝合金、镁合金、钛合金等轻质材料之间的摩擦焊接,并对今后的发展进行了展望。     

混联机器人搅拌摩擦焊接系统集成研究

机器人搅拌摩擦焊设备因具有焊接适应性强、易于实现空间全位置焊接、自动化程度高、生产效率高等技术特点,近年来得到了越来越多地应用.针对空间曲线焊缝搅拌摩擦焊接需求,开展了五轴混联型机器人搅拌摩擦焊接系统研究.该系统由搅拌摩擦焊接机器人子系统、液压主轴子系统、传感与控制子系统和中央控制单元组成,能够实现复杂构件的空间曲面焊...     

摩擦焊计算机闭环控制系统的研究

采用电液比例技术,研制了摩擦焊计算机闭环控制系统,实现了摩擦焊接过程中轴向压力的闭环控制及主轴转速、轴向缩短量的实时检测.生产现场数据统计分析表明,该系统具有较强的抗干扰性和良好的可靠性.并已在石油钻杆的生产中得到应用.