基于仿真的搅拌摩擦焊连接AA2024-T3不同板厚过程对比

采用完全热力耦合模型以及修正的库仑模型,分别模拟AA2024-T3铝合金中厚板和薄板的搅拌摩擦焊接过程,通过对比发现搅拌摩擦焊接中材料流动速度的最大值发生在上表面搅拌针前方靠近后退侧,焊接构件上表面材料流动速度明显高于下表面,这说明搅拌头轴肩的旋转对材料流动具有明显影响。相同的焊接参数下,焊接中厚板需要更高的外输入功率以完成搅拌摩擦焊接过程,摩擦能耗在搅拌摩擦焊接中占据主要成分,是温度场形成的主要热源。在焊接薄板时,摩擦能耗占据更高的比例,说明此时的热转换率更高。塑性变形和温度是决定焊接微观结构的主要指标,中厚板搅拌摩擦焊接产生的改善晶粒大小的效果和有效利用外输入能量方面较薄板稍差。因此,无论从能量利用的角度还是对微观结构的推断均发现薄板的搅拌摩擦焊接过程具有更高的效率。     

6061-T6铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模型和参数影响分析

针对带圆柱搅拌针的搅拌头,推导了一种搅拌摩擦焊热源模型的一般表达式,按照滑动摩擦、粘着摩擦和混合滑动摩擦与粘着摩擦3种机制计算其中的摩擦应力,得到3种热源模型。采用ABAQUS软件,通过子程序实现热源模型并进行加载,建立了12.7 mm厚6061-T6铝合金板的搅拌摩擦焊温度场数值模型。数值模拟结果与实验结果的对比表明:基于粘着摩擦和混合滑动摩擦与粘着摩擦的模型能较好地预测温度场,两者给出的焊接稳态温度场基本一致,而基于滑动摩擦的模型预测的温度场偏高。通过改变模型参数的取值,系统地研究了边界条件、预热时间、焊接参数、搅拌头结构尺寸对温度场、产热功率和搅拌头所受力矩的影响,得到一系列规律和指标。     

搅拌摩擦焊焊接温度数值模型及其影响因素

通过对搅拌摩擦焊过程进入稳定状态后摩擦产热与散热机制的分析,建立了搅拌摩擦焊焊接温度的数值模型。由数值模型可知,影响焊接温度的各种因素包括被焊材料和搅拌工具材料的物理性质、两者之间的摩擦因数、搅拌工具的尺寸、焊接参数、被焊材料表面受到的轴向压力和侧面受到的进给压力等,有些因素之间还互相影响,关系复杂。其中,搅拌工具的旋转速度、搅拌工具与被焊材料之间的摩擦因数、被焊材料表面受到的轴向压力及侧面受到的进给压力是主要因素。以聚氯乙稀板材搅拌摩擦焊为例,验证了在适当的取值范围内焊接温度数学模型的理论计算值与实测值基本吻合。     

无针搅拌摩擦点焊材料流动行为及其与接头宏观形貌、晶粒特征的相关性

搅拌摩擦焊接头材料流动行为是优化焊接工艺的根本所在,目前关于无针搅拌摩擦点焊流动行为尚未形成统一的认识。以0.02 mm镍箔为示踪材料,采用轴肩端面具有渐开线凹槽的无针搅拌头,改变旋转速度和焊接时间进行1.8 mm厚2198-T8铝锂合金搭接搅拌摩擦点焊试验,借助微焦点锥束三维CT设备、扫描电镜等测试手段,研究材料流动行为及其对接头宏观形貌、晶粒特征的影响。结果表明,轴肩下方的金属在轴肩挤压和摩擦热作用下先软化,以螺旋形向下向内流动形成搅拌区;随着焊接时间的延长,搅拌区金属向上和向外流动增强,致使搅拌区外缘界面翘曲,形成Hook缺陷。随旋转速度或焊接时间增大,搅拌区金属向下和向上向外流动加剧,焊核的深度和直径增大、晶粒更细小;下板金属软化程度加强,搅拌区外缘下板更多的塑化金属向上向外流动,致使Hook更翘曲。研究结果为深入了解无针搅拌摩擦点焊材料流动行为和优化焊接工艺提供了理论基础。     

超声功率对UVeFSW铝-镁合金异质接头组织与性能的影响

将超声振动辅助搅拌摩擦焊接(Ultrasonic vibration enhanced friction stir welding-UVe FSW)新工艺用于铝-镁异质合金的连接。选取低(75 W)、中(220 W)、高(550 W)三档超声功率,比较和分析了超声功率变化对焊接载荷、焊缝宏观金相、金属间化合物层及接头拉伸性能的影响。结果表明,当外加超声功率适当时,超声作用与搅拌摩擦焊接过程本身的热-力-流耦合机制产生最佳的协同效应。超声振动在搅拌摩擦焊接过程中的作用效果并不是随着超声功率的提高而一直增强;只有在超声功率适中时,焊接过程和接头组织与性能的改善效果最大。从超声的声软化效应、减摩效应、促进位错湮灭等方面,对试验结果给予了初步解释。     

搅拌摩擦焊的研究进展与应用

搅拌摩擦焊是利用一种特殊形式的搅拌头边旋转边前进,通过搅拌头与工件的摩擦产生热量,摩擦热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使待焊件压焊为一个整体。本文简要地介绍了搅拌摩擦焊的原理及其优缺点,重点介绍了搅拌摩擦焊在无损检测、有限元分析、极限条件、界面复合物、疲劳等方面的最新研究进展以及搅拌摩擦焊在航空航天领域、造船业、陆路交通工业中的应用现状,并展望了搅拌摩擦焊的研究前景。     

摩擦焊接过程的热力耦合有限元分析

采用热力耦合有限元分析方法,综合考虑摩擦焊接过程中不同的产热机制、随温度变化的材料性能、飞边形成及摩擦系数随速度、温度、压力的变化规律,直接由焊件材料的性能参数及设定的焊接规范参数(轴向压力与转速随时间的变化曲线)对焊接全过程的焊接参数(摩擦转矩、轴向缩短量及平均温度)、物理参量场(温度场、应力场、变形场)及焊合区金属晶粒尺寸的变化规律进行了数值模拟,得到了焊接过程中摩擦表面上切应力、加热功率、温度及轴向压应力的分布及变化规律,实现了对焊合区金属晶粒尺寸的数值模拟。     

搅拌摩擦焊过程接触熔化物理模型与分析

利用接触熔化理论建立了搅拌摩擦焊的物理模型,并进行了分析计算,探讨了搅拌摩擦焊焊缝的形成机制。指出搅拌摩擦焊过程中,能量沉积引起搅拌头前方摩擦界面处被焊材料的微结构发生改变,形成粘性类液层。研究结果表明,形成稳定厚度的类液层是实现焊接的必要条件。类液态金属在搅拌头的旋转作用下向后高速喷射,最终在搅拌头后方沉积形成弧形层状焊缝组织。     

渐开线齿轮传动齿面滑动摩擦耗散功率研究

基于齿轮系统的功能传递原理和摩擦耗散机理,分析了齿轮传动过程中单齿和双齿啮合的特性,求解了齿面滑动速度和齿面法向正压力分配系数,建立了齿轮系统瞬时啮合耗散功率计算的数学模型,并以某NGW型行星齿轮减速器为例计算了组成系统的各对齿轮传动的瞬时摩擦耗散功率和传动效率。结果表明:单齿啮合区齿面滑动摩擦耗散功率较小,双齿啮合区齿面滑动摩擦耗散功率较大;齿面滑动摩擦耗散功率和啮合传动效率具有周期性和时变性,并且具有很大的突变性;外啮合齿轮副齿面摩擦耗散功率大于内啮合齿轮副;各行星轮和中心轮的啮合状态之间的相位关系对瞬时摩擦耗散功率和传动效率影响很大,对行星轮系传动的平稳性有一定影响。     

Ag-Cu-Sn/金属陶瓷润滑层高温摩擦配副特性研究

以多孔金属陶瓷为基体,以Sn-Ag-Cu系低熔合金为固体润滑剂,采用真空/压力熔渗技术制备Sn-Ag-Cu/陶瓷高温内梯度润滑层材料。在高温摩擦试验机上研究该润滑层材料与2Cr13钢盘及Al2O3陶瓷盘配副时的高温摩擦磨损性能,并利用EDS及扫描电子显微镜分析在不同配副时的摩擦磨损机制。研究结果表明:在600℃左右工作时,该润滑层材料与2Cr13盘和Al2O3陶瓷盘配副时都保持了较低的滑动摩擦因数(0.26);在较低温度区间(300~600℃),该润滑层材料与Al_2O_3盘配副时的摩擦因数较低,而在温度大于600℃时,该润滑层材料与2Cr13钢盘配副时的摩擦因数较低;在试验的温度范围内(300~700℃),该润滑层材料与Al_2O_3陶瓷盘配对时磨损率较低,表现出更好的的耐磨性。在温度大于500℃时,该润滑层材料与2Cr13钢盘配对时主要发生黏着磨损和氧化磨损,与Al2O3陶瓷盘配对时主要发生磨粒磨损和黏着磨损。     

润滑系统油泵粘性摩擦功耗测试及其应用

针对热轧机精轧机组,油膜轴承供油润滑系统存在的问题,对油泵粘性摩擦功耗进行分析,并依据系统摩擦功耗测试和粘性摩擦功耗分析结果,提出改进方案。     

铬对铜基粉末冶金材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金工艺制备铜铬基粉末冶金摩擦材料,在制动压力0.5～0.76 MPa、制动速度1000～3000 r/min范围内,探讨干、湿2种状态下铬对材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,随铬含量增加,材料的摩擦因数和磨损量降低,且随制动压力增加,摩擦因数降低;在低摩擦速度时,湿摩擦因数低于干摩擦,高速时则相反。铬降低了材料的摩擦因数和磨损量的原因在于铬增加了材料的硬度而起到了降低摩擦面的损伤程度和表面粗糙度的作用。在较低的摩擦速度条件下,由于水分的润滑作用充分,导致摩擦因数降低,在高速摩擦条件下,水分冷却作用明显,导致表面微凸体间的啮合强度增加而使摩擦因数高于干摩擦。     

三种型式轴封的摩擦功耗测定与比较

摩擦功耗是评价轴封节能与否的重要指标。利用MMU-2摩擦磨损试验机对3种结构型式轴封即填料密封、机械密封和360度旋转式组合密封的摩擦功耗进行了测定。试验结果表明:3种型式轴封的摩擦功耗随转速的增大而增大,填料密封摩擦功耗最大,机械密封摩擦功耗次之,360度旋转式组合密封摩擦功耗最小;不同材料的填料密封的摩擦功耗不同,碳纤维填料密封和四氟填料密封摩擦功耗基本接近,并且远远低于芳纶填料密封。该结果为正确选择轴封提供了重要的参考依据。     

V带传动带楔入、退出带轮轮槽摩擦损失分析

带传动中带在楔入和退出轮槽时 ,由于带与轮槽之间存在摩擦 ,会产生效率损失 ,本文对带进入和退出轮槽所产生的摩擦损失进行了详细的研究分析 ,推导了带进入和退出轮槽所产生的功率损失的计算方法 ,分析了它对带传动的效率的影响程度 ,并研究了其与轮槽角的关系。     

舰船推进轴系径向滑动轴承的变温润滑计算

基于流体润滑理论,对某舰船推进装置轴系中非压力供油径向滑动轴承进行了变温度场润滑数值计算,对摩擦力矩、功率损失进行了分析。计算结果表明,舰船推进装置轴系中的轴承摩擦损失功率影响因素的强弱排序为:温度,转速,油品,载荷;在正常情况下轴承摩擦损失功率数量级一般不大,方案设计时取设计工况传递功率的1%仍有一定的裕度。     

水下航行器尾轴密封结构的研究

计算了橡胶O形圈和机械密封结构在水下航行器尾轴密封中的摩擦功率损耗。结果表明，使用机械密封的摩擦功耗比橡胶O形圈的少，采用机械密封可以提高水下航行器的航程。     

液压轴承系统的功耗及温升研究

液压轴承系统设计中,在满足轴承工作刚度的前提下,应尽量减小系统的功耗和温升,本文对液压轴承系统的功耗及温升进行了分析和研究,对实际应用有较好的参考和指导作用。     

相似离心通风机内部机械效率间的关系

讨论了离心通风机叶轮前后盘外壁面与空气摩擦损失的功率、理论功率、内部功率和内部机械效率,并总结出了相似离心通风机内部机械效率之间的关系式.     

深井自动垂直钻具纠斜动力提取机构的动力学仿真与实验研究

自动垂直钻井工具工作于深井超常环境压力下,其核心部件液控导向纠斜机构是否能直接可靠地在井下提取纠斜所需的动力是微型液压动力系统产生主动纠斜力、正常工作的保证。结合AMESim对微型液压动力系统的仿真数据,借助ADAMS对纠斜动力提取机构进行仿真分析,对导向套与钻杆之间是否保持相对转动以产生驱动液控导向纠斜机构工作的动力问题进行了深入探讨。并通过实测自动垂直钻具原理样机的导向套与钻杆的扭矩,对ADAMS仿真分析及结果进行了验证。仿真和实验表明,在深井实钻这一工况下,导向套和钻杆之间可以保持相对转速,液控导向纠斜装置正常工作的能量供给可靠,纠斜机构微型液压动力系统工作正常。     

基于制动器摩擦副销-盘试验的第三体摩擦磨损特性研究

风电制动器因其制动工况多变,摩擦副表面的第三体成分复杂且大小各异,在第三体影响下摩擦副的摩擦磨损特性仍有待研究。以服役期内风电制动器摩擦副为研究对象,对附着在风电制动器摩擦副表面的第三体成分及尺度进行检测。检测结果表明,风电制动器摩擦副表面第三体的主要成分为铁铜磨屑及沙石颗粒,且其尺度均在百微米级。利用销-盘摩擦磨损试验机研究具有上述成分及尺度第三体对摩擦副摩擦磨损特性的影响。试验结果表明：摩擦初期第三体在摩擦副间产生滚动起减摩作用,摩擦因数大幅减小;随着磨损程度的加剧,摩擦因数大幅上升,摩擦副提前进入剧烈磨损阶段;铁颗粒会加剧摩擦副磨损缩短其使用寿命,沙颗粒会导致制动过程摩擦力矩大幅波动,铜颗粒会导致制动力的不足。