2219铝合金搅拌摩擦焊接过程数值分析

利用Deform-3D软件对2219铝合金搅拌摩擦焊(FSW)的温度场和流场进行了数值分析.温度场的结果表明,混合头在焊接过程中的最高温度为410℃,不超过2219铝合金的熔点.总体温度分布在与肩部接触的表面处最高,并沿着工件的厚度方向降低.温度分布在前进侧和返回侧是不对称的,返回侧的温度要高于前进侧.流场结果表明:金...     

2219-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能

为了探讨2219-T6铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳断裂位置与区域局部力学性能及材料微观结构之间的关系,对铝合金2219-T6搅拌摩擦焊接头开展了疲劳试验研究.试样接头疲劳断裂处大多位于焊核区与热机区交界处及临近区域,在裂纹萌生处的亚表面发现有大的夹杂.焊核区有明显微空洞,小角度晶界最多.利用ABAQUS软件数值模拟接头疲劳,分析了接头局部区域力学性能.接头的热机区和焊核区的主应变值较大,这些区域较其他区域更易萌生疲劳裂纹.     

高韧性材料Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹尖端张开位移矢量的研究

本文用16 MnR钢的带不同倾斜角中心裂纹的十字形试件研究了1∶2双轴载荷下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的断裂行为。为了测定高韧性材料Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的扩展方向和裂纹尖端张开位移矢量((?))的启裂值,本文提出了适合于Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的多剖面法。所得结果表明,在高韧性材料中裂纹启裂时,CTOD的数值并不是材料的常数,但是,(?)的方向与扩展方向有较好的关联,且其张开型分量与裂纹倾斜角无关,为一与用标准Ⅰ型试件测得的断裂韧性值基本相同的常数。因此,(?)有希望成为高韧性材料Ⅰ-Ⅱ型裂纹的断裂判据。     

权函数和Griffith裂纹张开位移

用权函数法推导了承受对称载荷Griffith裂纹D-M模型的裂纹张开位移COD一般公式.应用它计算了四种载荷情况的COD,可供工程上应用.本文方法具有计算简便的优点.     

6082铝合金超厚板搅拌摩擦焊接头组织与性能

采用搅拌摩擦焊对84 mm厚的6082-T4铝合金进行双面对接焊接,焊后进行人工时效(180℃×5 h)处理。研究了沿板厚方向焊接接头的微观组织与力学性能变化。结果表明:焊核区组织为细小的等轴晶粒,从表面至焊缝的中心,晶粒尺寸分别为16、13、5μm,高角度晶界所占比例分别为77.2%、76.3%、72.5%;焊核区的强化相主要为"GP区"及β″相;热机械影响区晶粒沿搅拌头旋转方向被拉长,组织中存在较高密度位错;焊缝中心层区域硬度分布呈"V"型,硬度最低值出现在双面焊重叠区,其他位置硬度曲线呈"W"型分布;正、反面两道焊缝发生断裂的位置均为TMAZ与HAZ交汇的区域,接头平均抗拉强度沿厚度方向从表面至中心分别为211、201、180 MPa,呈逐渐降低趋势;中心层抗拉强度最低,但其断裂伸长率最高,约为母材的69%;断口为大小不同的韧窝,接头表现为韧性断裂。     

中心裂纹板张开位移研究

首先对ＥＰＲＩ方法建立的裂纹中心板张开位移的工程解进行了实例计算。然后用有限元法对平板中心穿透裂纹张开位移计算得到的有限元解与其进行了比较,得出工程解偏于保守的结论。     

权函数和圆盘裂纹的张开位移

本文提出了用权函数法来推导承受轴对称载荷无限大体圆盘裂纹D-M模型之裂纹张开位移COD一般公式.应用它计算了四种载荷情况的COD,可供工程上应用.本文的方法具有计算简便的优点,     

J和CTOD评价公式的试验比较

利用带有深裂纹合金钢的三点弯曲试样通过试验方法对一个J积分和三个裂纹尖端张开位移(CTOD)评价公式进行了研究,利用这些评价公式计算J积分和裂纹尖端张开位移(CTOD),可以简化试验装置和设备.研究结果表明:J积分和CTOD既可以根据加载线位移确定,又可以根据裂纹嘴张开位移确定.     

7075铝合金的搅拌摩擦焊组织性能研究

采用搅拌摩擦焊方法对10mm厚的7075铝合金板进行了焊接试验，焊接形式为单道对接焊，通过拉伸强度测试和显微组织观察，发现焊缝中粗大的化合物相被破碎，焊核区内是细小均匀的等轴晶，平均晶粒大小在4μm左右，热力影响区与热影响区的过渡区的金属塑性流线变化不很急剧，晶粒沿流线方向拉长，且有细小沉淀相在晶界上析出。焊缝显微硬度的最低值出现在前进侧，说明前进侧是焊缝的薄弱环节。实验结果表明：在旋转速度为1200r／min，且焊接速度为60mm／min时，可以获得较好的焊缝组织，力学强度达到了320MPa。     

搅拌摩擦焊工艺对镁合金焊接接头机械性能的影响

采用不同搅拌摩擦焊工艺焊接镁合金，通过拉伸、三点弯曲试验分析了工艺参数对焊缝机械性能的影响。结果表明，采用合适的搅拌摩擦焊工艺可以成功地焊接镁合金并得到成型美观、质量好的焊接接头，焊缝中因产生充分的塑性流动，弯曲强度高，性能好，在一定参数范围内，随着搅拌头旋转速度R，R/V增加，抗拉强度极限值增加；随着焊接速度V增加，抗拉强度极限值下降，当采用最佳的工艺参数焊接，可得到最大抗拉强度极限值，接近母材的90％。     

5083-H321铝合金板材搅拌摩擦焊缝组织演变

采用搅拌摩擦焊接法焊接了5083-H321铝合金板材,借助光学显微镜、扫描电镜、背散射电子衍射分析仪及取向显微成像分析技术对焊缝与母材的组织进行了对比性研究.结果表明,该合金板材的焊缝无宏观缺陷,焊缝成形区呈现出与母材明显不同的组织特征;搅拌摩擦焊使该合金板材中大量的小角度晶界转化为大角度晶界,母材和焊核区的晶粒尺寸分布范围分别为6-55 μm及15-30 μm,晶粒纵横比分布范围分别为2~8和15-3,焊核区呈现均匀化与等轴化的动态再结晶特征.     

铝合金摩擦搅拌焊接焊区的I/II型复合断裂研究

采用二维计算机视觉-数字图像比对技术,进行裂纹稳定扩展实时表面位移测量,定量分析了铝合金2024-T351母材及摩擦搅拌焊接后不均匀、各向异性的焊区的I/II型复合裂纹稳定扩展的断裂性能、临界COD及其分量CODI和CODII.并研究了母材及焊区裂纹的扩展路径.结果表明(1)距裂纹尖端后某一固定距离的临界COD可反映焊区的断裂韧性,(2)临界COD值反映复合裂纹的扩展受I型或II型裂纹扩展主导,(3)焊区的临界COD值对应地为母材的85%,(4)用数字图像比对技术分析I/II型裂纹的断裂性能是切实可行的一种新方法.     

基于FLUENT的铝合金搅拌摩擦焊流动场模拟

搅拌摩擦焊的流动场是一个不可压缩的粘性流场.结合LY16搅拌摩擦焊的流动场特征,采用建模软件GAMBIT建立了流场的有限元模型,并进行求解得到搅拌摩擦焊的流动场.     

Review: Progress and Trends in Ultrasonic Vibration Assisted Friction Stir Welding

综述：超声振动辅助搅拌摩擦焊接的研究进展与发展动向

Najib Ahmad Muhammad, 武传松, Girish Kumar Padhy

（山东大学 材料连接技术研究所,济南 250061）

创新点说明：

搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术,具有焊接质量高、成本低、环境友好等许多优点,已经应用于航空、航天、造船、高速列车等领域。由于这种焊接技术依靠搅拌头与材料的摩擦产热和材料塑性变形时的粘性耗散产热来软化焊接区材料形成连接,因此,焊接时需要很大的转矩、轴向压力和水平进给力。有研究者通过辅加热能来解决这一问题,但也受到了各种因素的局限。而超声振动能量作为机械能,在辅助搅拌摩擦焊接、解决上述问题方面有很大优势。

本文评述了当前超声振动辅助搅拌摩擦焊工艺的研究进展,介绍了国内外近期研发的超声振动施加方式及相应的实施效果。作者课题组直接将超声振动通过工具头施加在搅拌头前方待焊工件上,研发出超声振动强化搅拌摩擦焊UVeFSW新工艺。实验研究发现,UVeFSW能改善焊缝成形、减少缺陷尺寸、降低焊接载荷、提高焊接速度、细化焊核区和热力影响区的晶粒组织。该文分析了各种超声施加方式的优缺点,为超声振动辅助搅拌摩擦焊的进一步研发提供参考。

关键词：搅拌摩擦焊;超声振动辅助搅拌摩擦焊;声致软化效应;焊接载荷;加热历程;材料流;微观结构;机械性能

     

MB2镁合金板搅拌摩擦焊研究

采用不同的搅拌摩擦焊工艺对MB2镁合金进行焊接,并对焊缝的特点,组织形貌及力学性能进行了分析.试验结果表明,对厚为3 mm的MB2镁合金板,当焊接速度为95 mm/min和搅拌头旋转速度为1 600 r/min时,可以获得良好的焊接质量.     

5083铝合金搅拌摩擦焊焊核区非均匀性组织分析

利用小型搅拌摩擦焊机焊接5083铝合金板材,借助电子背散射衍射技术和取向成像分析软件对焊缝焊核区的焊核前进侧、焊核中心区和焊核后退侧的晶粒形貌和取向差角度进行了对比性研究.结果表明：经过搅拌摩擦焊接后,焊核区发生动态再结晶,晶粒由原始带状转变为等轴状,其大角度晶界含量相比于母材有明显增加,但不同部位的晶粒尺寸和大角度晶界比例均不同,焊核前进侧、焊核中心区和焊核后退侧的平均晶粒尺寸分别为17.0、15.8和13.5 μm,大角度晶界比例分别为76.4%、68.8%和73.2%.     

基于CTOD和J方法的断裂韧性Jc的研究

用J积分和CTOD方法同时对DH40钢的弹塑性断裂韧性进行了研究.Jc和δc以裂纹启裂时为依据,根据J积分和CTOD之间的关系,提出了一种确定Jc的新方法.由ASTM E1820-1999a,新的J方法和Jc=mσsδc（1-μ^2）得到的3个Jc值.比较结果表明,试样产生较大范围屈服时,Jc值可由ASTM E1820-1999a方法和新J方法得到.     

置氢TC4钛合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能研究

首次对2 mm厚置氢TC4钛合金进行搅拌摩擦焊焊接开展了含氢量分别为0.1%和0.4%两种条件下的搅拌摩擦焊工艺研究,对比分析研究了置氢TCA钛合金FSW微观组织和力学性能,初步摸索出置氢TCA钛合金FSW热机加工行为,评价了置氢钛合金材料的FSW焊接性能,置氢TCA钛合金搅拌摩擦焊接头组织细化,热机加工性能明显改善.