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.     

铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力测试分析

采用小孔法研究厚2mm的6061-T5铝合金搅拌摩擦焊对接接头残余应力的分布规律,分别测量接头处垂直、平行于焊缝的残余应力,并进行了计算分析.结果显示,搅拌摩擦焊接头残余应力在焊缝及其附近区域无论是垂直还是在平行焊缝方向的均承受压应力,且随小孔深度的增加而增加.垂直和平行于焊缝方向的残余应力呈现出周期性分布,且它们在前进侧的周期相比于后退侧较小;残余应力在焊缝两侧呈不对称分布,后退侧应力值较高,其残余应力峰值出现在后退侧轴肩作用区域边缘处,其值分别为93 MPa和100 MPa.     

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.     

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.     

摩擦搅拌焊接过程残余应力的中子衍射法测量分析

利用中子衍射法测量了2024-T4铝合金板摩擦搅拌焊接头残余应力分布,得到了接头内部不同位置处的残余应力,研究了焊接速度对残余应力的影响。结果表明,纵向残余应力总体水平比横向残余应力高,是接头内的主要残余应力;当搅拌头转速相同时,提高焊接速度,纵向残余应力增大;横向残余应力除了在匙孔附近较大外,在其余位置处的残余应力都围绕0轴在拉应力与压应力之间波动,整体残余应力水平相对纵向残余应力小很多。     

铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分布

采用小孔法对3 mm厚2024-T4铝合金板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力分布规律进行研究.为了衡量钻孔引入应变对结果的影响,测量了退火2024铝合金板钻孔产生的应变,将其作为附加应变对焊接试件上测得的应变结果进行修正.结果表明,在试验条件下得到的焊接接头的残余应力以纵向应力为主,横向应力相对很小;纵向高应力区集中在轴肩作用区域,呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧,在轴肩作用区域之外应力值迅速降低,在距焊缝中心较远的区域转变为压应力;纵向残余应力峰值为164.5 MPa.分析认为,机械搅拌和焊接温度场的叠加作用造成焊缝两侧纵向残余应力的不对称分布.     

搅拌摩擦焊接过程产热作用机制研究进展

搅拌摩擦焊接(FSW)的一个重要的研究领域就是过程的产热研究。对FSW热过程的良好理解可以预测搅拌摩擦焊接过程的温度分布及接头区域的硬度，从而可以评价FSW接头的性能。掌握FSW温度分布可以更好地计算与FSW过程塑流计算密切相关的粘度和残余应力。目前关于FSW产热作用机制一般都认为主要是轴肩与母材之间的摩擦生热。     

铝合金平板搅拌摩擦焊接应力变形分析

针对6056-T6铝合金平板进行搅拌摩擦焊接和试板变形检测试验.并用数值方法对试板变形进行模拟,考察了模拟温度、应力场分布和试板变形情况,对试验和模拟温度、变形进行比较.结果表明,在文中条件下,沿焊缝长度方向试板产生下挠,最大变形量6.3 mm;沿试板宽度方向试板相对发生上拱,最大变形量4.5 mm,模拟与实测变形趋势非常吻合.纵向残余应力在焊缝中心线两侧非对称性分布,前进侧大于回转侧.     

搅拌摩擦焊温度场最新研究进展

早期的搅拌摩擦焊温度场模型只考虑了摩擦产热,而忽略了塑性变形产热。在刚结束的第五届搅拌摩擦焊国际会议上,有许多学者就塑性变形产热对其温度场的影响进行了研究,本文对此作了概括地介绍分析。     

搅拌摩擦焊接技术最新进展

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)是由英国焊接研究所TWI于1991年开发的专利技术,并且在随后取得了巨大的进展。综述了近10年来国内外搅拌摩擦焊技术的发展概况和最新进展,阐述了搅拌摩擦焊技术的原理、工艺特点及其广泛的工业应用前景,指出搅拌摩擦焊技术研究的必要性和紧追性。     

搅拌摩擦焊温度场最新研究进展

早期的搅拌摩擦焊温度场模型只考虑了摩擦产热，而忽略了塑性变形产热。在刚结束的第五届搅拌摩擦焊国际会议上，有许多学者就塑性变形产热对其温度场的影响进行了研究，本文对此作了概括地介绍分析。     

LY12搅拌摩擦焊接过程中搅拌针摩擦行为的研究

搅拌摩擦焊是一种依靠搅拌头与被焊金属之间的摩擦来实现焊接的焊接方法,二者之间的摩擦系数直接影响到最终的焊接效果。本试验对LY12铝合金摩擦系数随温度等因素的变化情况进行了研究,试验结果表明:由于温度对铝合金的表面状态的影响非常大,所以铝合金的摩擦系数在高温下的变化也很大。通过试验数据建立了LY12铝合金与高速钢的摩擦系数与温度之间的关系曲线,发现二者之间的摩擦系数随温度的增加先增大,达到金属的熔点下限后开始减小。并且对LY12铝合金搅拌摩擦焊焊接过程中的摩擦行为进行了分析。     

LY12搅拌摩擦焊接过程中搅拌针摩擦行为的研究

搅拌摩擦焊是一种依靠搅拌头与被焊金属之间的摩擦来实现焊接的焊接方法，二者之间的摩擦系数直接影响到最终的焊接效果。本试验对LY12铝合金摩擦系数随温度等因素的变化情况进行了研究，试验结果表明：由于温度对铝合金的表面状态的影响非常大，所以铝合金的摩擦系数在高温下的变化也很大。通过试验数据建立了LY12铝合金与高速钢的摩擦系数与温度之间的关系曲线，发现二者之间的摩擦系数随温度的增加先增大．达到金属的熔点下限后开始减小。并且对LY12铝合金搅拌摩擦焊焊接过程中的摩擦行为进行了分析。     

镁合金搅拌摩擦焊接技术

对5mm厚镁合金AZ31B板材的摩擦焊接技术进行了试验研究，结果表明：适合其板材的搅拌摩擦焊接的搅拌头，材料为W6MoSCr4V2高速钢，结构为凹面圆台形，根部直径5．5mm，端部直径为2．5mm，轴肩尺寸为12mm，长度为4．7mm。镁合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度可达母材的90％，延伸率可达母材的50％。搅拌摩擦焊接头焊合区为动态再结晶组织，在接头前进边焊合区与母材有明显的分界线，返回边过渡区有金属微熔的迹象。     

钛合金搅拌摩擦焊接三维流场数值模拟

基于粘性流体力学理论，采用计算流体力学软件FLUENT。建立了4mm厚钛合金板搅拌摩擦焊接过程焊缝金属塑性流动的三维有限元模型。对所建模型作水平和垂直切片，得到了模型不同位置上材料的流动状况。并对其进行了分析。结果表示：焊缝金属前进侧向前流动的趋势强于后退侧向后流动的趋势，且整体流动成规则的层流，但在焊件表层金属流动区的边缘部分，材料流动有明显的紊流现象。模拟流场结果同实验结果基本吻合。     

搅拌摩擦焊与氩弧焊接接头摩擦磨损性能研究

分别试验了LF2铝合金搅拌摩擦焊焊接接头与氩弧焊接接头的摩擦磨损行为，试验分为3个阶段进行，转数分别为480，1200，2400转。结果表明在相同的实验条件下，搅拌摩擦焊接头的摩擦磨损性能明显优于氩弧焊接接头，其中第一阶段磨损失质量差别不大，后两个阶段搅拌氩弧焊接接头的磨损失质量是搅拌摩擦焊接头的4~6倍。氩弧焊接接头磨损表面呈现明显的塑性变形和表层剥落开裂迹象。搅拌摩擦焊接头磨损表面呈现轻微的疲劳磨损特征。     

搅拌摩擦焊的研究现状及前景展望

对搅拌摩擦焊的研究现状作了介绍,总结了其问世以来20年的研究成果,涉及焊接材料、材料的塑性流动机理、焊接工艺参数、数值模拟、焊接设备及搅拌摩擦焊的新技术几方面,并对未来的研究方向作了探讨。     

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.