DP600/6061无匙孔搅拌摩擦点焊温度场研究

根据无匙孔搅拌摩擦点焊过程的特点,建立了简化的热输入数值模型,利用有限元分析软件ANSYS模拟1 mm DP600镀锌钢板和3 mm 6061铝合金板搭接无匙孔搅拌摩擦点焊过程中的瞬态温度场分布和各特征点的热循环曲线。通过模拟结果与热电偶测得的各特征点温度曲线的对比,发现随着焊接过程的进行,最高温度出现在DP600上表面轴肩2/3处;对比分析不同搅拌头转速下焊点区域温度分布的情况,得到转速对温度分布的影响规律,进而验证了热输入模型和模拟方法的正确性,为工艺实验参数的选取提供科学的依据。     

搅拌摩擦焊过程中搅拌头温度场分布特征

试验测定了搅拌头温度分布曲线,分析了搅拌头温度场的分布特征,对比研究了不同材质搅拌头温度分布的特点.结果表明,摩擦焊初始阶段,搅拌区域金属的软化致使摩擦针与试板之间的摩擦产热量降低,在搅拌头轴肩与试板接触之前,搅拌头温度出现滞涨,并出现一定程度的回落;稳定焊接阶段,摩擦热传递至搅拌头的热量与通过其散失的热量处于动平衡状态,其温度波动较小;高速旋转搅拌头的表面与周围空气进行强烈的热交换,搅拌头轴线上的温度高于外缘的温度;采用比热容小、热导率高材质制作的搅拌头,焊接过程中其温度变化快,整体温度高.     

搅拌摩擦焊接过程温度场数值模拟

在深入考虑搅拌摩擦焊的具体焊接过程后,提出了简化的热输入模型。利用ANSYS有限元分析程序建立了随热源一起移动的坐标系,采用分步加载的方法对搅拌摩擦焊过程的温度场进行了模拟。得到了3mmLY12硬铝合金薄板在整个焊接过程中焊缝区每一时刻的瞬态温度场以及焊缝区各点的焊接热循环曲线,确立了温度场空间分布和时间变化的规律,并且通过测量特征点的实际温度验证了计算结果的准确性。     

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.     

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。     

2A70铝合金搅拌摩擦焊接过程有限元分析

根据相变热传导的等效热容法有限元理论,采用移动热源循环加载,对2A70铝合金搅拌摩擦焊接过程的温度场进行了瞬态求解,分析焊件高度方向上各点处的温度值随时间的变化,以及在不同时刻z方向上各点的温度分布.这为模拟铝合金搅拌摩擦焊接过程中微观组织的演化过程奠定了理论基础和前提条件.     

5A06铝合金搅拌摩擦焊温度场数值模拟

采用热量自适应热源模型,利用ANSYS有限元软件对5 mm厚5A06铝合金搅拌摩擦焊接过程温度场进行模拟,研究不同转速、焊接速度对搅拌摩擦焊温度场的影响。结果表明:当焊接速度提高或搅拌头旋转速度降低时,焊接过程中的峰值温度降低;焊接过程进入稳态后,峰值温度稳定在420°C左右;沿焊缝两侧温度场分布不完全对称,前进侧温度略高于返回侧温度。     

搅拌摩擦焊接头的温度检测

利用了搅拌摩擦焊接头温度检测系统，测量了中、薄铝合金板搅拌摩擦焊缝在不同特征点上的温度变化过程及其峰值温度，证实了搅拌摩擦焊过程中没有熔化现象，并获得了温度分布的大致规律。检测结果表明：不同搅拌摩擦焊功率、扭矩等焊接过程参量对应了不同的温度分布。     

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.     

铝合金搅拌摩擦焊接参数对温度场的影响

检测搅拌摩擦焊过程中铝合金薄板上各特征点在不同焊接参数下的温度变化规律，研究搅拌摩擦焊接参数对焊接过程温度场的影响。试验结果表明，在搅拌头旋转速度一定时，各特征点的温度峰值随焊接速度的增加而降低；在焊接速度一定时，特征点的温度峰值随搅拌头旋转速度的增加而升高。     

2A14铝合金双轴肩搅拌摩擦焊的温度场模拟及测定

采用自适应的热源模型,利用msc·marc模拟了6 mm 2A14铝合金的双轴肩搅拌摩擦焊温度场。随后对模拟所得的温度场进行了试验验证,在相同的工艺参数下测量了焊接过程中距焊缝不同位置处的热循环曲线和峰值温度。对比结果表明:该模型能准确地模拟双轴肩搅拌摩擦焊接过程中的温度分布情况。     

厚板双轴肩搅拌摩擦焊温度场及流场数值模拟

针对30 mm厚5A06铝合金双轴肩搅拌摩擦焊的焊接过程,建立温度场及流场的数值模型,计算两种搅拌工具作用下的温度场及流场分布情况。模拟结果发现,双轴肩搅拌摩擦焊接过程中,双轴肩搅拌摩擦焊温度场靠近轴肩区域的温度高,沿板厚中心方向温度逐渐降低,呈哑铃状分布,后退侧温度高于前进侧温度;采用锥形搅拌针焊接时的焊缝温度高于圆柱形搅拌针作用的焊缝。流动场模拟结果表明,工件上、下表面轴肩作用范围内的材料流动最为剧烈,工件内部材料流动相对较弱,采用平行槽结构的搅拌针材料呈横向流动规律,而螺纹结构的搅拌针作用下材料流动较紊乱,材料流动情况与两种搅拌工具作用下的焊缝形貌吻合较好。     

型材结构搅拌摩擦焊全热力耦合仿真分析

基于DEFORM-3D软件建立三维全热力耦合有限元模型,对轨道车辆中典型的型材结构搅拌摩擦焊接过程进行仿真研究。分析了型材搅拌摩擦焊接过程中型材的温度场分布和材料变形情况,同时采用点追踪的方法研究前进侧和返回侧相应位置材料的流动特征,进一步讨论了搅拌头转速、焊速以及下压量变化对焊接温度和等效应变的影响。研究结果表明:温度场分布和等效应变分布与型材接头的结构特征相关;前进侧和返回侧材料变形和流动差异显著;焊接温度和等效应变随转速升高而升高,随焊速升高而降低;焊接温度随下压量增大而升高,等效应变对下压量变化不敏感。     

DP590钢/AA6061-T6铝合金异种金属对接搅拌摩擦焊温度场的数值模拟

为了研究DP590钢和AA6061-T6铝合金异种金属对接搅拌摩擦焊工艺参数对温度场的影响,优化实际焊接时工艺参数的可选择范围,首先建立了异种金属对接搅拌摩擦焊搅拌头摩擦生热的热输入模型,然后运用ABAQUS软件模拟出DP590钢和AA6061-T6铝合金对接搅拌摩擦焊的温度场,研究焊接过程中异种板材温度场的分布规律,最后通过调整焊接参数模拟出接头的温度分布,对比分析搅拌头偏置位置、焊接参数对接头温度场的影响。结果表明:钢铝异种金属对接搅拌摩擦焊焊接过程中的最高温度处位于DP590钢板侧,搅拌针偏置主要影响钢板的温度分布,搅拌头转速是影响焊接接头温度场的主要因素。     

AM50镁合金搅拌摩擦焊接温度场研究

对AM50镁合金进行了搅拌摩擦焊接实验,研究了各特征点的焊接温度场变化规律.结果表明:在搅拌摩擦焊接过程中,各特征点都经历了"加热-峰值-冷却"的过程,且各特征点的加热速度、冷却速度、峰值温度以及到达峰值温度的时间各不相同.在一定的旋转速度下,各特征点的峰值温度随焊接速度的减小而升高;而在一定的焊接速度下,各特征点的峰值温度随旋转速度的增大而升高.     

2219铝合金厚板搅拌摩擦焊接温度场数值模拟

通过已建立的数学模型利用ANSYS软件,对14mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊接过程(搅拌头插入阶段和焊接稳定阶段)中的温度场进行数值模拟,并与在焊缝相应位置埋入热电偶检测结果进行对比分析.试验发现,搅拌头插入阶段焊缝的温度变化与焊接速度无关,开始阶段升温速率最大;焊接稳定阶段,沿板厚度方向呈现上宽下窄、上高下低的温度梯度分布趋势.两个阶段都是旋转频率越高,焊缝的峰值温度越高.结果表明,温度场模拟与试验检测结果基本吻合,数学模型正确.     

铝合金搅拌摩擦焊温度场检测

通过对铝合金搅拌摩擦焊过程中各特征点温度的系统检测,得出了铝合金搅拌摩擦焊过程中温度场变化的基本规律.焊接过程中材料旋入侧温度高于材料旋出侧温度,上层温度高于下层温度,焊缝中心的温度最高,焊接结束时被焊材料末端的温度较焊接稳定区有所升高.     

铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模拟分析

基于粘着摩擦理论,建立了4 mm厚7075铝合金FSW过程中的产热模型,对同种铝合金对接焊中的温度场进行了数值模拟,并得出了焊接过程中温度场的分布规律:高温区位于轴肩的正下方焊核区,且在沿焊缝方向的横截面上整体呈现"碗状";搅拌头前方的温度梯度比后方的温度梯度大,高温区相对于后方也较窄;对于所有焊接工艺参数下的温度峰值均未超过母材熔化点,表明搅拌摩擦焊接过程一直处于固相连接状态;旋转速度与焊接速度对峰值温度有一定的影响。     

6mm厚紫铜的搅拌摩擦焊研究

对T2紫铜的搅拌摩擦焊技术进行了试验研究,对其接头组织和力学性能等进行了初步分析,并对紫铜搅拌摩擦焊温度场进行了数值模拟和实验验证。结果表明,用搅拌摩擦焊方法焊接6mm厚的T2紫铜板,可得到成形美观、内部无缺陷的平板对接接头。紫铜搅拌摩擦焊时工件温度较高,焊接区最高温度接近700℃,温度分布以搅拌头为中心,呈放射状向四周逐步降温。     

6 mm厚紫铜的搅拌摩擦焊研究

对T2紫铜的搅拌摩擦焊技术进行了试验研究，对其接头组织和力学性能等进行了初步分析，并对紫铜搅拌摩擦焊温度场进行了数值模拟和实验验证。结果表明，用搅拌摩擦焊方法焊接6mm厚的T2紫铜板．可得到成形美观、内部无缺陷的平板对接接头。紫铜搅拌摩擦焊时工件温度较高，焊接区最高温度接近700℃，温度分布以搅拌头为中心，呈放射状向四周逐步降温。