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.     

TC4钛合金搅拌摩擦搭接焊的温度场模拟

建立了TC4钛合金搅拌摩擦搭接焊的有限元模型,基于温度测试结果设置了搅拌摩擦搭接焊的边界条件,进行了搅拌摩擦搭接焊温度场的数值模拟,并对温度模拟结果与测温试验结果进行了对比。结果表明,温度模拟曲线与实测温度曲线趋势相同,二者的焊接温度峰值相差较小;焊接温度峰值随焊接速度的增加而减小。焊缝温度峰值出现在与搅拌头直接接触的区域,位于搅拌头作用区的后方。焊缝区域的温度场沿板厚方向呈上宽下窄的碗型形貌分布。     

钛/铝异种材料搅拌摩擦搭接焊过程的温度场研究

以2 mm厚TC4钛合金板与6.5 mm厚7075-T6铝合金板为对象,建立了钛上铝下的搅拌摩擦搭接焊有限元模型,利用Abaqus软件模拟了不同转速下焊接过程的温度场,并利用测温试验进行了验证。结果表明,焊接温度峰值位于搅拌头作用区,其值随转速的减小而降低;在本文的试验条件下,焊接速度为30 mm/min,转速小于230 r/min时,搭接界面处的温度峰值低于铝合金的固相线温度,可实现固相下的钛/铝异种材料搅拌摩擦搭接焊。     

铝/镁异种金属搭接搅拌摩擦焊接温度场数值模拟研究

利用有限元分析软件ABAQUS对铝/镁异种金属搭接搅拌摩擦焊温度场进行模拟研究,计算了焊接过程中不同焊接参数对温度场的影响.结果表明:数值模拟结果与测量结果能够较好吻合,热源模型的建立基本符合搅拌摩擦焊接过程,验证了已建立的模型的可靠性.     

搅拌摩擦搭接焊用搅拌头形貌优化研究进展

搅拌摩擦焊是一种新型固相连接技术,它的出现为铝合金等轻质合金的连接提供了新的有效途径。文中综述了关于搅拌摩擦搭接焊接头的基本特征、材料流动机理、搅拌头形貌优化等方面研究成果,并在此基础上对搅拌摩擦搭接焊中搅拌头的优化进行了展望。     

搅拌摩擦焊搭接接头的研究现状与展望

搅拌摩擦焊由于其固相连接的特点,在进行铝合金的搭接焊接时,原始搭接界面会随着金属流动而形成迁移界面,从而对焊缝性能造成影响。在此通过对现有文献中搅拌摩擦焊搭接接头的研究内容进行分析,对搅拌摩擦焊搭接接头性能的影响因素及其影响原因进行了综述,并在此基础上展望了搅拌摩擦焊搭接焊的研究方向。     

2024铝合金搅拌摩擦焊初始温度场数值模拟与分析

搅拌摩擦焊下压过程中温度场的建立对工件的焊接质量有重要的影响。在搅拌摩擦焊接过程中,搅拌工具与焊接工件的摩擦接触关系及焊接工艺参数的选取,决定了焊接过程中工件的温度场分布。基于修正的库仑摩擦定律,建立了火箭燃料贮箱所用3 mm厚2024铝合金材料搅拌摩擦焊接下压过程的热量输入模型,通过有限元分析得到了整个过程中的温度场分布。分析结果表明,该模型的下压阶段温度场计算精度较高。模型的计算结果对指导铝合金焊接初始下压过程中转速、下压速度及顶锻力的大小等焊接工艺参数的选取具有重要意义。     

Initial temperature field’s simulation and analysis of 2024 aluminum alloy piate's friction stirring welding

搅拌摩擦焊下压过程中温度场的建立对工件的焊接质量有重要的影响.在搅拌摩擦焊接过程中,搅拌工具与焊接工件的摩擦接触关系及焊接工艺参数的选取,决定了焊接过程中工件的温度场分布.基于修正的库仑摩擦定律,建立了火箭燃料贮箱所用3mm厚2024铝合金材料搅拌摩擦焊接下压过程的热量输入模型,通过有限元分析得到了整个过程中的温度场分布.分析结果表明,该模型的下压阶段温度场计算精度较高.模型的计算结果对指导铝合金焊接初始下压过程中转速、下压速度及项锻力的大小等焊接工艺参数的选取具有重要意义.     

铝合金超薄板无倾角微搅拌摩擦焊接头组织性能

以0.5 mm厚LF3薄壁铝合金微搅拌摩擦焊搭接过程为研究对象,采用超小轴肩搅拌工具,研究了其无倾角微搅拌摩擦焊接过程,重点分析了微观组织分布特点和接头力学性能.采用内聚花纹锥形超小轴肩搅拌工具,依靠轴肩及搅拌针花纹的材料内聚效果,降低了焊缝宽度,焊缝宽度仅为3 mm,为微小薄壁壳体的焊接封装问题提供了可行的解决方案.搅拌工具的超高旋转频率运动,将搭接界面进行了充分的搅拌、混合和破碎,优于传统搅拌摩擦焊的Hook搭接界面.微搅拌摩擦焊搭接接头承载能力平均达到母材承载能力的89.6%.     

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.     

双轴肩搅拌摩擦焊技术研究现状

近年来,搅拌摩擦焊技术在航空航天、轨道交通等行业轻质高强材料的连接中获得应用。双轴肩搅拌摩擦焊技术作为一种新型搅拌摩擦焊技术,具有很高的研究和应用价值,但目前尚处于发展阶段,相关的应用也较少。文中从搅拌头设计、接头组织与性能、焊接温度场三个方面,分析了国内外双轴肩搅拌摩擦焊技术研究现状,并指出未来应在双轴肩搅拌摩擦焊接头成形机制和工程应用方面进行更深层次的研究。     

异种材料及复合热源搅拌摩擦焊

在对接和搭接方式中,异种材料搅拌摩擦焊相较于同种材料分别具有一些额外的焊接参数,并且对搅拌头材料也有更苛刻的使用要求。总结近年来异种材料搅拌摩擦焊的研究现状,介绍异种材料搅拌摩擦焊过程中脆性金属间化合物的生成及其对焊接接头的力学性能产生的影响。从金属流动机理和数值模拟方面,研究金属间化合物的生成和成长规律,给出针对金属间化合物可能的解决方法。针对高熔点焊材,介绍复合热源搅拌摩擦焊技术、常用的辅助热源以及复合热源搅拌摩擦焊在异种材料搅拌摩擦焊方面的优点和研究的不足之处。     

铝合金搅拌摩擦焊接数值模拟技术的研究进展

数值模拟技术是研究铝合金材料搅拌摩擦焊接成形的重要新兴手段,被应用于研究搅拌摩擦焊的温度场、流场及残余应力分布等。从热-力模型建立与模拟分析等方面详细论述了搅拌摩擦焊数值模拟技术的最新国内外研究进展,并指出了其目前存在的问题及发展方向。     

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。     

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.     

铝/镁搅拌摩擦焊异质接头热-力场仿真研究

铝合金和镁合金在多材料结构中的混合应用可有效实现轻量化效果,以搅拌摩擦焊为代表的新型固相焊接技术在铝/镁异种合金连接中的应用是焊接领域的研究热点。文中基于扭矩热源模型,利用Abaqus软件分析了搅拌头转速对6061铝合金/AZ31镁合金搅拌摩擦焊搭接接头热-力场的影响。结果表明:受搅拌头产热和热传导散热的共同作用,接头表面和横截面温度场分别呈椭圆状和碗状,焊缝前进侧温度高于后退侧。接头残余应力主要由纵向应力和横向应力构成,轴肩边缘同时受热应力和机械应力的作用而具有应力峰值。此外,接头峰值温度和残余应力值均随搅拌头转速的提高表现出不同程度的增大。相关研究结果可为铝/镁异种合金搅拌摩擦焊工艺参数的设计与优化提供理论指导。     

铝合金搅拌摩擦焊搭接焊的研究概述

对搅拌摩擦焊搭接接头特征、缺陷、接头的防腐蚀密封等方面的研究进展进行了综述,并指出搅拌摩擦焊搭接焊接在航空制造应用方面待解决的问题.     

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。     

高熔点材料的搅拌摩擦焊接技术

通过焊具设计、接头微观组织与性能、焊接温度场和残余应力、热源辅助的搅拌摩擦焊(FSW)几个方面,全面介绍了高熔点材料搅拌摩擦焊技术的研究现状.结果表明,合适的搅拌头材料为钨铼(W-Re)合金和多晶立方氮化硼(PCBN);采用合适的焊具设计和工艺参数,可以得到具有良好微观组织、高强度的FSW接头;在模拟搅拌摩擦焊温度场和接头残余应力时,应依据焊接过程实际进一步完善物理模型;引入辅助热源有利于高熔点材料焊缝成形并提高焊具使用寿命.     

根部螺纹搅拌针对搭接接头钩状缺陷和性能的影响

选用3 mm厚的7075–T6铝合金为研究对象,研究了根部带有螺纹的搅拌针对搅拌摩擦焊搭接接头钩状缺陷及拉剪载荷的影响. 结果表明,搅拌针上的螺纹可明显改变焊接过程中的材料流动;塑性材料在搭接面上部集中,挤压搭接界面,焊后搭接接头的钩状缺陷向下弯曲;搭接面处焊核区的宽度较搅拌针的直径明显增大. 因搅拌针端部无螺纹,焊接速度较大时接头底部会由于材料无法及时填充而产生孔洞缺陷. 随着搅拌头焊接速度的升高,搭接接头的拉剪载荷先上升后下降,最高载荷在焊接速度为40 mm/min时取得,为23.333 kN.