钢管径向摩擦焊温度场数值模拟

采用ABAQUS有限元软件,基于传热学及弹塑性力学有限元法,建立了径向摩擦焊接过程的二维轴对称、热力耦合及非耦合有限元计算模型.采用网格重划分技术模拟了径向摩擦焊接过程中焊接接头的温度场分布.结果表明,模拟出的接头飞边形貌与实际结果吻合良好.在二级摩擦阶段,摩擦界面由摩擦生成的热量与飞边形成带走的热量以及热传导散失的热量达到动态平衡,界面温度稳定在1320℃以下.在三级摩擦阶段,由于高温金属层被迅速挤出,界面温度迅速下降.通过分析金相组织,得出接头热循环过程.接头温度分布的模拟结果与实际结果吻合良好.     

汽车轮毂搅拌摩擦焊的数值模拟

利用ANSYS软件对其搅拌摩擦焊过程的温度场进行了分析,结果表明,搅拌摩擦焊过程的最高温度为570℃,位于轴肩与工件的接触面上,热源中心温度场分布形状为圆环形,高温由圆环面向周围逐渐扩散降低。数值模拟与试验得到的熔池轮廓较为相似,焊缝熔池形状为杯锥状,说明车轮毂搅拌摩擦焊的有限元模拟过程较为合理。     

径向摩擦焊热输入数值模型的研究

根据径向摩擦焊的特点,本文系统研究了不同种径向摩擦焊接过程中摩擦产热机理,并在此基础上建立了管道的径向压力摩擦焊和径向加压径向面连接摩擦焊热输入模型,对进一步理解径向摩擦焊机理、优化焊接参数、获得高质量的接头具有重要作用.为径向摩擦焊的数值模拟和接头组织演变研究奠定了理论基础.     

搅拌摩擦焊数值模拟的发展现状

自英国焊接研究所(TWI)发明了搅拌摩擦焊接技术以来,它已经被广泛应用于各领域,而且随着研究的深入,其应用范围不断扩大,多个国家的相关人员对各种不同材料的搅拌摩擦焊已进行了深入的试验研究,可是在数值模拟方面却刚刚发展起来,文中对搅拌摩擦焊数值模拟的三个方面(温度场、应力应变场和速度流场)进行了简述.     

轴向摩擦焊机上的径向摩擦焊

本文介绍了在轴向摩擦焊机上实现薄壁环径向摩擦焊试验的基本原理、工装夹具设计及工艺措施。首次在２０Ｔ常规轴向摩擦焊机上完成了薄壁铜环与钢的径向摩擦焊工艺试验，也是国内首例径向摩擦焊试验。     

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线性摩擦焊数值模拟

针对线性摩擦焊基本理论和典型焊接过程,讨论了焊接过程中的摩擦产热机制;依照运动学原理推导了焊接过程的产热方程;采用热力耦合有限元方法建立了焊接过程不同阶段的二维弹塑性有限元计算模型,分别用于工件温度场、应力场及应变场的计算.利用有限元分析软件ANSYS网格重划功能处理了焊接过程中的几伺非线性、材料非线性问题,实现了线性摩擦焊金属排出过程的模拟.选取钛合金Ti6Al4V作为试验对象,初步讨论了线性摩擦焊金属排出物的宏观形态及其形成原因.     

线性摩擦焊过程数值模拟研究现状

线性摩擦焊是20世纪80年代出现的一种新型的固态焊接方法,主要用来焊接非圆截面的同种及异种金属结构材料,由于其具有一系列独特的优点,已成为航空发动机整体叶盘制造的关键技术。虽然关于线性摩檫焊的研宄已有文献报道,但是由于该过程的强烈热力耦合、快速大变形等特征,其界面结合机理和演变过程等问题还尚未揭示。因此,研究者尝试采用数值模拟方法来研究焊接过程中应力应变场、残余应力、温度场与变形等关键问题。文中主要综述了线性摩擦焊数值模拟的基础和近年来国内外的研究现状,最后展望了线性摩擦焊数值模拟的不足与发展前景,以期为今后研宄提供思路。     

铝-铜异种材料对接搅拌摩擦焊温度场数值模拟

根据铝-铜异种材料对接搅拌头偏置搅拌摩擦焊接特点,利用ANSYS软件,模拟焊接过程中的瞬态变化温度场以及焊缝区域各点的热循环曲线. 通过对比分析了移动焊接稳定阶段焊缝横向、纵向及厚度方向各点的最高温度变化;对比不同焊接参数的变化对焊接温度变化的影响,确定主要影响因素为搅拌头转速. 通过试验采集特征点热循环曲线与模拟比较的结果吻合度良好,验证了热源模型与散热模型的准确性. 温度场模拟结果表明,异种材料偏置搅拌摩擦焊过程中温度最高值出现在焊缝中心偏铝合金侧位置.     

搅拌摩擦焊过程金属流场的数值模拟研究进展

对FSW过程数值模拟研究的进展进行了介绍和总结,认为采用流体或刚塑性体描述搅拌头周围金属,存有明显的流动区域或者流动分界面,与实际情况有较大差距.如果根据材料流动的本质,通过对材料流动的驱动力及所受约束问题,即“软性约束”问题进行研究,或许对解决现有问题、完善FSW焊缝成形理论具有巨大意义.     

热量自适应搅拌摩擦焊热源模型

当前采用的温度场热源数值模型在准确表征焊接过程材料性能和产热机制与温度变化关系上存在困难.依据摩擦学原理,以材料屈服强度ReL为产热基本参数建立新型热源模型,产热量随温度、材料性能改变,实现搅拌摩擦焊产热自适应过程,更准确地描述了搅拌摩擦焊过程物理现象的本质.温度场试验与模拟结果的比较表明,该热量自适应热源模型具有较高的计算精度.     

Numerical analysis of thermal process in continuous drive radial friction welding

A heat source model for radial friction welding was proposed, which was determined by friction pressure, friction coefficient, material properties and extrusion speed of material. A 3 D model was established to analyze the continuous drive radial friction welding temperature field of 45 steel pipe. The influences of friction pressure, friction time and rotation speed on the temperature of the friction interface were analyzed. The results showed that the temperature on the friction inter face rapidly rose to a peak temperature in initial friction stage and kept constant in the stable friction stage. Welding parameters of friction pressure, friction time and rotation speed had few influences on the peak temperature, while the increase of friction pressure and rotation speed could shorten the time to reach the peak temperature.     

37CrMnMo钢管径向摩擦焊接头组织与性能

在优化焊接工艺参数下实现了45钢径向环与37CrMnMo钢管的径向摩擦焊接.试验结果表明,径向环发生了强烈地塑性变形,焊缝表面有明显的氧化色,管体上具有很窄的热影响区.焊缝抗剪强度平均达401 MPa,略高于径向环母材.硬度从焊缝结合界面向两侧的径向环和管体母材逐渐降低.焊缝剪切断口平滑,呈现明显的剪切韧窝断裂特征,表明焊缝具有较好的塑韧性.接头金相组织分析结果表明,焊缝具有很窄的结合面,45钢径向环和37CrMnMo钢管体侧热影响区组织分别为铁素体＋珠光体＋贝氏体和贝氏体＋少量马氏体,相比较母材产生了少量的马氏体组织,但焊缝中心及热影区的组织得到了细化.     

Characterization of aluminum/steel lap joint by friction stir welding

The welding of a lap joint of a commercially pure aluminum plate to a low carbon steel plate (i.e., Al plate top, and steel plate bottom) was produced by friction stir welding using various rotations and traveling speeds of the tool to investigate the effects of the welding parameters on the joint strength. The joint strength depended strongly on the depth of the pin tip relative to the steel surface; when the pin depth did not reach the steel surface, the joint failed under low applied loads. Meanwhile, slight penetration of the pin tip to the steel surface significantly increased the joint strength. The joint strength tended to increase with rotationspeed and slightly decrease with the increase in the traveling speed, although the results were quite scattered. The effects of the welding parameters were discussed metallographically based on observations with optical and scanning electron microscopes.     

Numerical analysis of joint temperature evolution during friction stir welding based on plastic deformation heat

3D numerical model for friction stir welding (FSW)was developed by using ABAQUS software considering the plastic deformation heat.Effects of the rotation and welding speeds on the temperature field of FSW 2024-T3 aluminum alloy were systematically investigated.The temperature measurement was performed to validate the reliability of the model.The simulation results are in good agreement with the experiments.Results show that changing the rotation speed has no influence on the time for reaching the peak temperature at certain point in the workpiece at a constant welding speed.While increasing the welding speed has significant effect on the time for reaching the peak temperature but the value of peak temperature changes little.     

基于特征点测量的径向摩擦焊接温度场分布

介绍了半自然热电偶法测温原理,并对所选用的半自然热电偶进行了标定,线性度良好.采用自主研发的径向摩擦焊机进行径向摩擦焊接工艺试验.以摩擦焊接过程特点为依据,选择恰当的测温仪和热电偶.采用半自然热电偶对径向摩擦焊接过程中摩擦界面中心点温度进行了全过程测量;采用K型热电偶对管体侧距界面中线点纵向距离为1,2,3,6 mm的位置进行了温度测量.摩擦界面升温迅速,存在明显的温度恒定即稳定摩擦阶段.随着距摩擦界面纵向距离的增加,升温速率逐渐降低,升温时间逐渐增长.焊接过程结束后,温度逐渐趋于均匀化.     

惯性摩擦焊接头非对称性分析

应用无线测温系统和热电偶测温技术,试验测定了惯性摩擦焊旋转端和滑移端试件的温度场,探讨了惯性摩擦焊摩擦界面两侧温度分布的非对称性;统计分析了不同焊接条件下惯性摩擦焊试样焊接区域的几何特征及宏观形貌.结果表明,滑移端的温度及升温速率均高于旋转端,滑移端的轴向缩短量、飞边宽度以及热力影响区(TMAZ)宽度均大于旋转端.分析认为惯性摩擦焊摩擦结合界面两侧温度场的非对称性与焊接区域几何特征的非对称性紧密相连.     

铝钢异种材料搅拌摩擦搭接焊接工艺

以3 mm厚的5A02与1 mm厚的DP600搅拌摩擦搭接接头为研究对象,研究搭接次序与微观组织、金属间化合物、力学性能以及断裂形式的关系。结果表明,在摩擦热循环作用下,焊缝金属先达到塑性状态,随后塑性金属发生再结晶形成四个不同的区域;XRD物相分析表明,焊缝处有Al Fe和Al13Fe4金属间化合物生成;接头的显微硬度分布近似成M型;接头的拉伸强度达到了铝母材拉伸强度的38.3%,拉伸断裂位置都发生在铝钢搭接界面处,钢在上侧断裂方式主要为脆性断裂,而铝在上侧时的断裂方式以韧性断裂为主。