纯铝板搅拌摩擦焊温度场数值模拟

建立了搅拌摩擦焊热源模型,利用有限元分析软件ABAQUS模拟了搅拌摩擦焊的温度场,研究了焊接速度、搅拌头轴肩尺寸和垫板材质对搅拌摩擦焊接过程中试板的温度场的影响。结果表明：随着焊接速度的提高,焊件上各点的峰值温度降低,经历高温区的时间减少;轴肩摩擦热是热输入的主要来源,随着搅拌头轴肩尺寸的增加,焊缝中心高温区同一等温线上宽下窄的分布特征越来越明显;垫板材质明显影响焊件底部的温度和分布;适当的焊接参数、搅拌头尺寸及散热条件对获得较好的焊缝质量极为重要。     

适用于机器人焊接的搅拌摩擦焊技术及工艺研究现状

集绿色化与智能化于一体的机器人搅拌摩擦焊技术具有极高的焊接柔性,在工业生产中受到广泛重视与应用。从减小搅拌摩擦焊接过程中的轴向力方面入手,对一些低轴向力且适用于机器人搅拌摩擦焊的技术方法进行了综述,同时,对能够进一步降低搅拌摩擦焊过程中轴向力的搅拌摩擦焊工艺进行了分析,并对机器人搅拌摩擦焊的发展进行了展望,以期拓宽机器人搅拌摩擦焊的应用范围。     

钛合金搅拌摩擦焊研究现状

搅拌摩擦焊是目前钛合金焊接技术研究的热点.从搅拌头材料与结构设计、焊接工艺与组织性能关系、焊接过程数值仿真等方面综述了钛合金搅拌摩擦焊国内外研究现状.以现有的研究结果来看,搅拌摩擦焊是实现钛合金高强可靠连接的有效途径,选择合适的焊接参数和焊后热处理工艺可获得高质量钛合金焊接接头;但由于对钛合金用高温高强高耐磨搅拌头研制...     

搅拌摩擦焊温度场研究进展

自1991年英国焊接研究所(TWI)发明了搅拌摩擦焊(FSW)以来,许多学者对搅拌摩擦焊接过程中的温度场分布进行了大量的研究。随着人们对搅拌摩擦焊接物理机制的深入了解,描述其温度场分布的模型也越来越精确,由最初仅考虑摩擦产热,发展到综合考虑摩擦产热和材料塑性变形产热,近年来一些研究者更是尝试建立热力耦合的模型来描述其温度场分布。简要叙述了关于搅拌摩擦焊温度场研究的发展历程及研究现状。     

钛及钛合金搅拌摩擦焊研究进展

搅拌摩擦焊技术已经成功应用于铝合金等低熔点材料的焊接,但针对钛及钛合金等高熔点材料的研究仍在进行之中。从焊具设计、接头显微组织与力学性能和焊接过程仿真等方面综述了钛及钛合金搅拌摩擦焊国内外研究进展,为搅拌摩擦焊技术应用于钛及钛合金提供参考。     

焊接参数对搅拌摩擦焊接质量的影响

采用基于固体力学的有限元方法建立了搅拌摩擦焊接过程的三维数值模型,研究了在焊接参数不同的情况下搅拌摩擦焊接过程中力学特征的变化．数值模拟结果和试验结果都表明,等效塑性应变能近似地反映焊接构件焊缝区域材料显微结构的演化,较高的搅拌头转速和较低的焊速有利于提高焊缝的质量．焊接构件特定的等效塑性应变等值线可以较好的对应不同焊接区域的边界．随着搅拌头转速的提高,等效塑性应变随之增大,但搅拌探针与焊接构件交界面上的接触压力随之减小．等效塑性应变随着搅拌头平移速度的增大而减小．     

铝合金搅拌摩擦焊研究现状及应用

搅拌摩擦焊是由英国焊接研究所发明的一种固相连接技术，可以对熔化焊接性差的铝合金进行可靠的连接，又具有诸多优点。介绍了搅拌摩擦焊工艺过程，分析了搅拌摩擦焊技术目前存在的优缺点，综述了铝合金搅拌摩擦焊的国内外研究现状和应用情况，指出搅拌摩擦焊为现代铝合金制造业提供了新的连接方法。     

搅拌摩擦焊接全过程热力耦合有限元模型

利用ALE网格自适应技术及相应边界条件处理,建立搅拌摩擦焊接全过程(下压阶段和稳定焊接阶段)热力耦合有限元模型。采用6061铝合金焊件验证模型。结果表明:整个焊接过程温度场最高温度在463℃左右,低于材料熔点;稳定焊接6s后,焊件后方横截面上等效塑性应变区近似呈"V"形分布,前进边侧变形程度较返回边侧剧烈,变形范围更大。     

铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝金属流动行为研究进展

搅拌摩擦焊接过程中,焊缝成形与金属流动行为密切相关,而金属流动又取决于焊接工艺参数、搅拌头形貌、材料本身性能及温度场分布等影响因素。与铝合金薄板搅拌摩擦焊不同,厚板焊接时焊缝上部、下部温差太大,导致焊缝材料流动形态发生较大变化。基于焊缝成形理论,从焊缝金属流动分析方法、影响因素出发,分析厚板搅拌摩擦焊焊缝金属流动形态及特征,探讨焊缝中疏松、未焊透、包铝伸入、弱连接等缺陷的形成原因,揭示厚板搅拌摩擦焊焊缝成形机理。研究结果为铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接技术在航空、航天等高科技领域的广泛应用提供科学依据和理论基础。     

铝合金加筋壁板搅拌摩擦焊接残余应力及变形分析

目的对民机用铝合金加筋壁板搅拌摩擦焊接残余应力及变形进行研究。方法采用热-力耦合数值模拟方法,分析民机用铝合金加筋壁板搅拌摩擦焊接过程,分别模拟了采用3种焊接顺序进行蒙皮-长桁焊接时,壁板温度场分布规律及焊后残余应力及变形情况。结果铝合金壁板搅拌摩擦焊接后,沿焊缝方向残余应力为拉应力,由此导致长桁及与其连接的蒙皮产生向上的挠曲变形,垂直焊缝方向,焊缝两侧的壁板向上翘曲。结论对于3种焊接顺序,采用"先两侧、后中心"由外向里的焊接顺序,得到的壁板残余变形最小。     

率相关材料在搅拌摩擦焊接过程中的行为分析

为研究金属粘性效应时的搅拌摩擦焊接材料流动行为,采用率相关本构描述搅拌摩擦焊接过程中的材料行为,并与非率相关材料模型的计算结果进行了对比.结果显示,由于考虑了金属的粘性效应.用率相关材料模型模拟搅拌摩擦焊接过程能更好地反映材料流动行为的本质.在搅拌摩擦焊接中,材料沿搅拌头切向方向的运动构成了搅拌摩擦焊接构件材料流动的主要形式.焊接构件-搅拌头接触面上的接触压力在搅拌头前方较大,在搅拌头后方较小,这一规律在率相关模型中更为明显.搅拌头前方材料在搅拌头的挤压之下向远离搅拌头的方向运动,而搅拌头后方的材料要填充由于搅拌头的移动而留下的空间,这一过程是保证搅拌摩擦焊接顺利完成的一个主要因素.因此,用率相关模型模拟搅拌摩擦焊接过程中的材料力学行为更为接近真实情况.     

2024铝合金水下搅拌摩擦焊热力耦合仿真分析

目的 优化搅拌摩擦焊接工艺参数,以提高接头的力学性能。方法 基于ABAQUS软件建立了热力耦合有限元模型,使用耦合欧拉-拉格朗日方法对典型的航空航天用板材2024铝合金的水下搅拌摩擦焊接过程进行了仿真研究。分析了搅拌摩擦焊接过程中板材的温度场分布和材料变形情况,同时研究了前进侧和后退侧相应位置材料的流动特征,进一步讨论了搅拌头冷却速度和摩擦因数对焊接温度和材料流变场的影响。结果 当摩擦因数较小时,针对焊接过程的有限元模拟将会失败;前进侧和后退侧材料变形和流动差异显著;焊接温度和等效应变随摩擦因数的增大而升高,随冷却速度的增大而降低。结论 当摩擦因数为0.8时,能较好地完成焊接。相对于空冷,水冷能明显缩短高温持续时间。     

Dual-Rotation Speed Friction Stir Welding: Experimentation and Modeling

Implementing differential rotation speeds of pin and shoulder in the friction stir welding process is considered. Experimental investigations were carried out using a newly designed and fabricated apparatus for dual-rotation speed friction stir welding. Metallographic studies demonstrated that appropriate selection of separate pin and the shoulder rotation speeds not only results in defect-free joints, but also affects the weld zone by controlling the heat input delivered. An energy model for predicting maximum temperature was extended to the dual-rotation speed friction stir process. The model was verified using the previous experimental results reported in the literature.     

搅拌摩擦焊焊缝表面凹陷现象控制方法研究现状

搅拌摩擦焊以其优异的焊接性能在工业生产中得到了广泛应用,但其所产生的焊缝表面凹陷现象也逐渐成为一个亟待解决的问题。对FSW焊缝表面产生凹陷的原因和对结构件产生的影响进行了分析,探讨了当前国内外对FSW焊缝表面凹陷现象控制方法的研究现状。结果表明,改进焊具结构的方法简化了焊接工艺,但去除焊缝表面凹陷的效果有待进一步提高,对待焊接部位进行焊前增材处理,或对于非焊接部位进行焊前减材处理的工艺方法解决了焊缝表面的凹陷现象,但工艺流程繁琐。通过一种结构简单的新型焊具从根本上彻底消除了FSW的焊缝表面凹陷现象,获得了高质量的焊接接头。通过进一步的工艺优化,可以在关键结构件的保形精确焊接中发挥重要作用。     

镁合金搅拌摩擦焊接工艺参数优化

为了优化镁合金搅拌摩擦焊接工艺参数,对5 mm厚镁合金AZ31B板材的搅拌摩擦焊接技术进行了试验研究,利用SN比实验设计,对镁合金AZ31B搅拌摩擦焊接工艺参数进行了方差分析,优化了搅拌头的材料、结构,最终确定搅拌头的材料为W6Mo5Cr4V2,结构为凹面圆台形.轴肩尺寸为12 mm.探针的根部直径为5.5 mm,端部直径为2.5 mm,长度为4.7 mm.获得镁合金AZ31B搅拌摩擦焊的工艺参数显著性顺序为旋转速度、横向速度和压力;确定了镁合金AZ31B搅拌摩擦焊的最优工艺参数为1500 r/min、47.5 mm/min、3kN.     

搅拌摩擦点焊金属流动研究现状

搅拌摩擦焊是一种高效环保的固相连接技术。搅拌摩擦点焊是在传统的搅拌摩擦焊上发展起来的一种新型点连接技术,与传统的电阻点焊等连接方法相比具有诸多优势。目前国内外搅拌摩擦点焊工艺在航空及汽车等工业领域有广泛的应用,但是其成形机理并不清楚。基于已发表的文献,详细综述了在搅拌摩擦点焊过程中,材料的流动模型以及数值模拟等方面的研究进展。     

A temperature dependent slip factor based thermal model for friction stir welding of stainless steel

This paper proposes a new slip factor based three-dimensional thermal model to predict the temperature distribution during friction stir welding of 304L stainless steel plates. The proposed model employs temperature and radius dependent heat source to study the thermal cycle, temperature distribution, power required, the effect of process parameters on heat generation per mm length of the weld and peak temperature during the friction stir welding process. Simulations of friction stir welding process were carried out on 304L stainless steel workpieces for various rotational and welding speeds. The predicted thermal cycle, power required and temperature distributions were found to be in good agreement with the experimental results. The heat generation per mm length of weld and peak temperature were found to be directly proportional to rotational speed and inversely proportional to welding speed. The rate of increase in heat generation per mm length of the weld and peak temperature are found to be higher at lower rotational speeds and lower at higher rotational speed. The heat generation during friction stir welding was found to be 80.8 % at shoulder, 16.1 % at pin side and 3.1 % at the bottom of the pin.     

6082-T6回填式搅拌摩擦点焊热-流耦合分析

为了解释了回填式搅拌摩擦点焊的连接机理,本文根据6082-T6铝合金回填式搅拌摩擦点焊焊接过程的特点,建立了简化的热源模型,利用有限元分析软件ANSYS模拟出焊接过程中的温度场,进而耦合得到其应力场.结果表明:随着焊接过程的进行,铝合金6082-T6最高温度分布在袖筒1/2处,焊点处粘塑性金属的最大流动速度出现在铝合金上表面袖筒内侧区域;通过分析模拟过程中流体流动的流线与试验测量所得接头形貌照片,得到流场的分布规律.     

基于响应面法的5052铝合金搅拌摩擦焊接工艺参数研究

目的 建立搅拌摩擦焊接工艺参数与焊接接头抗拉强度之间关系的响应曲面模型,并依此模型研究焊接工艺参数变化对接头抗拉强度所产生的影响,得到最佳工艺参数,提高焊接接头强度。方法 以5052-H112铝合金为研究对象,基于响应面法优化设计试验方法,以转速、焊接速度、轴肩压入深度为因素,焊接接头的抗拉强度为响应值设计试验,建立对应的响应函数与回归模型,对模型进行方差分析,根据模型得到最佳工艺参数值,并与试验结果作比较。结果 成功建立了响应模型,在分析模型和试验验证后发现,在选定的工艺参数范围内,当转速为737 r/min、焊接速度为60 mm/min、轴肩压入深度为0.3mm时,接头抗拉强度达到最优值227MPa。结论 通过响应面分析得到,转速和焊接速度对抗拉强度的影响最大,且两者交互作用显著,在给定范围内随着转速和焊接速度的提高,抗拉强度增大至峰值后下降,轴肩压入深度单独对接头抗拉强度的影响较小,其与转速交互影响显著。通过响应曲面法优化后的焊接工艺参数明显提高了5052-H112铝合金搅拌摩擦焊焊接头抗拉强度。