搅拌摩擦焊工艺参数对6082-T6铝合金残余应力和变形的影响

为了研究搅拌摩擦焊工艺参数对铝合金焊接残余应力和焊接变形的影响,运用Abaqus有限元模拟软件,对5 mm厚6082-T6铝合金薄板在恒压力条件,不同主轴转速和焊接速度下的的搅拌摩擦焊进行了数值模拟计算,研究了焊接温度、残余应力和焊接变形的分布。结果表明:主轴转速一定时,焊接最高温度随着焊接速度的增大而降低;焊接速度一定时,焊接最高温度随着主轴转速的增大而升高。沿横向残余应力呈单峰状分布,峰值位于焊缝中心;沿纵向残余应力在焊缝两端有较大波动。相对于主轴转速,焊接速度的改变对残余应力影响更大。试板的整体变形趋势呈反马鞍状,沿纵向变形呈上凸状,沿横向变形呈下凹状。主轴转速一定时,焊接变形量随着焊接速度的升高而减小;焊接速度一定时,变形量随着主轴转速的升高而增大。     

超声辅助搅拌摩擦焊温度场及残余应力场分析

超声辅助搅拌摩擦焊是一项在搅拌摩擦焊的搅拌头上添加轴向高频振动的新技术. 以6 mm厚7075铝合金材料为研究对象,建立了超声辅助搅拌摩擦焊与普通搅拌摩擦焊接的热源模型,通过ANSYS软件研究了轴向振动对焊接过程温度场以及焊后残余应力的影响规律. 结果表明,轴向振动的添加能够增大热输入量,提高焊接峰值温度且降低焊缝残余应力;在相同转速及焊接速度下,当振动频率一定时,焊接峰值温度和焊后残余应力随着振动幅值的增加而增大;当振动幅值一定时,随着振动频率的增大,焊接峰值温度及焊后残余应力也相应增加.     

搅拌头尺寸对7075铝合金搅拌摩擦焊接头温度场及残余应力场的影响

根据搅拌摩擦焊特点及库仑摩擦做功理论,以厚度为6 mm的7075铝合金(供货状态:T6)板材为研究对象,基于ANSYS有限元分析平台,建立了搅拌摩擦焊双热源三维有限元模型,研究搅拌头尺寸对温度场及残余应力场的影响规律。研究结果表明:纵向残余应力分布呈M形,最大值出现在轴肩边缘处;搅拌针长度一定时,随着轴肩半径增大,峰值温度升高,残余应力峰值增大,且高应力范围变宽;轴肩半径一定时,随着搅拌针长度增大,峰值温度升高,纵向残余应力值增大,焊件底部残余应力差值明显大于焊件上表面的应力差值。与搅拌针长度相比,轴肩尺寸对峰值温度和残余应力影响显著。     

旋转速度对静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的影响

针对3 mm厚的2024-T4铝合金,采用ABAQUS软件建立静止轴肩搅拌摩擦焊热源三维模型,分析2024-T4铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊温度场和应力场的有限元模拟,研究了恒定150 mm/min焊接速度下,旋转速度从800 mm/min到1 200 mm/min对焊接接头残余应力的影响。结果表明：常规搅拌摩擦焊焊缝横截面高温区域呈现碗状分布,而静止轴肩搅拌摩擦焊呈类似于搅拌针形貌分布。相比于常规搅拌摩擦焊,静止轴肩可以获得更窄的搅拌区宽度,并且有效降低焊缝中心的峰值温度。焊后垂直于焊缝区域的纵向残余应力呈现“M”形分布,随着搅拌头旋转速度的增大,两种工艺下的焊后残余应力均增大。此外,静止轴肩在焊接过程中对焊缝区域持续碾压,使得焊后试样的纵向残余应力峰值相比较于传统搅拌摩擦焊能降低45.6%。     

铝合金搅拌摩擦焊过程热力演变的三维数值模拟

对搅拌摩擦焊过程中搅拌头速度变化进行分析,建立了考虑搅拌摩擦焊过程中焊缝产热的热源模型.对2024铝合金搅拌摩擦焊温度场和应力场进行了三维有限元模拟,表明焊缝两侧温度和应力分布的不对称现象不明显,主要由于焊接速度远小于搅拌头转速所致,但随着焊接速度加快,这种不对称现象逐渐加强.焊接过程中焊缝中心温度低于搅拌头边缘温度,焊接前方和两侧均为压应力,后方为拉应力;焊接结束后与搅拌头接触区的横向和纵向残余应力为较大拉应力,远离焊缝残余应力较小;沿厚度方向上,横向和纵向残余应力均逐渐降低.有限元计算结果与短波长X射线应力测试结果进行对比,结果表明,二者趋势基本吻合.     

2024铝合金搅拌摩擦焊接头组织结构及力学性能

采用搅拌摩擦焊工艺实现3 mm厚的2024铝合金焊接,对接头搅拌区的组织结构及力学性能进行分析。研究表明,焊核区主要由再结晶和搅拌的双重影响而形成的细小等轴晶组织构成;热机影响区受焊核区剪切力及热循环的影响,晶粒大小不均匀并伴有晶粒变形的现象。力学性能分析表明,接头显微硬度分布特征与金相组织结构一致;当焊接速度为300 mm/min时,接头的抗拉强度达到294 MPa,为母材的69%,接头的断裂形式为韧窝和沿晶断裂特征的韧性和脆性断裂;接头的焊接残余应力以纵向应力为主,纵向残余应力峰值出现在前进侧轴肩作用的边缘处,焊接速度为300 mm/min时峰值达到164.5 MPa。     

车体铝合金熔化极气体保护焊与搅拌摩擦焊残余应力研究

采用小孔法分别对6 mm厚度7020铝合金的熔化极气体保护焊及搅拌摩擦焊对接接头的残余应力进行了测试。结果表明,用两种焊接方法得到的焊接接头,其纵向应力均大于横向应力,对比7020铝合金搅拌摩擦焊接头和熔化极气体保护焊接头中的纵向残余应力,发现搅拌摩擦焊接头的纵向残余应力峰值要远远小于熔化极气体保护焊接头中纵向残余应力峰值。搅拌摩擦焊接头的最大纵向残余应力为50 MPa,而熔化极气体保护焊接头的纵向残余应力最大值已经达到了90MPa。     

工艺参数对铝合金搅拌摩擦焊变形和残余应力的影响及优化

FSW作为先进固相连接技术,广泛应用于轨道交通车辆生产制造中。文中结合理论与试验研究了FSW工艺参数对6005A-T6铝合金枕梁搅拌摩擦焊接头残余应力与焊接变形的影响,首先建立了枕梁有限元模型,采用顺序热力耦合的方法,计算了不同工况下焊接接头的残余应力与变形,进而开展枕梁结构搅拌摩擦焊试验,采用钻孔法对焊接试件进行了残余应力测试,并对仿真分析和试验检测结果进行了对比分析,然后对仿真结果开展了正交试验、极差分析、回归分析得出残余应力与焊接变形和焊接工艺参数的关系式,最后对所得数学模型进行粒子群优化分析。结果表明,焊接速度一定时,提升一定的主轴转速,低焊速下横向残余应力峰值变化量更大,而高焊速下纵向残余应力、焊接变形峰值变化量更大;主轴转速一定时,提升一定的焊接速度,低主轴转速下横向残余应力、焊接变形峰值变化量更大,而高主轴转速下纵向残余应力峰值变化量更大;采用粒子优化算法所得的最优残余应力与焊接变形组合为残余应力峰值199.9 MPa,焊接变形峰值0.352 mm,对应焊接参数为焊接速度461.6 mm/min,主轴转速300 r/min,其优化效果为6.13%。文中所得结论为枕梁及其类...     

飞机蒙皮2A12铝合金搅拌摩擦焊的数值模拟研究

基于COMSOL对民航飞机蒙皮材料2A12铝合金搅拌摩擦焊进行了多物理场耦合的数值模拟研究,分析了焊接速度、搅拌头转速对模型中温度场及残余应力的影响,并通过实验对比验证了模型的准确性和可靠性。结果表明,在2A12铝合金板搭接部位,温度分布呈现"V"形分布。铝合金板中的最高温度及工件中的残余应力均随着焊接速度和搅拌头转速的变化而变化,为了保证焊接质量,最大焊接速度一般不能高于1.9 mm/s。同时,随着搅拌头转速的增加,工件中的最大残余应力和最高温度呈现先增大后逐渐平稳的趋势;纵向应力和横向应力分布均为M型,在焊缝处纵向应力集中为拉应力,横向应力在工件边缘表现为压应力,在焊缝附近为拉应力。     

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。     

AA2219铝合金搅拌摩擦焊接工艺窗口的建立

建立AA2219铝合金搅拌摩擦焊接的工艺窗口。采用不同的工艺参数如旋转速度和焊接速度来焊接该铝合金。通过对焊接接头的宏观形貌分析,建立搅拌摩擦焊的工艺窗口。通过拉伸试验、显微组织观察,对工艺窗口不同区域的接头强度进行分析。焊接接头断裂的位置与最低硬度分布相关。所建立的工艺窗口可以用来选择适当的工艺参数来获得高质量的AA2219铝合金搅拌摩擦焊接。     

基于温度场分析的航空铝合金薄壁件搅拌摩擦焊工艺参数优化设计

目前已经有对于不同厚度的铝合金的搅拌摩擦焊接(friction stir welding,FSW)进行研究,并研发出一系列的焊接设备和工艺保证焊接质量的可靠与有效.但对于超薄的铝合金焊接,搅拌摩擦焊还存在一定的限制,如由于工艺参数选取不当造成焊接温度的太低或过高,严重降低焊缝的力学性能.通过分析搅拌摩擦焊传热机理,研究薄壁件徽搅拌摩擦焊接工艺参数选取的计算模型,并对模型计算出的工艺参数进行DEFORM焊接温度场分析,最后通过设计基于立式加工中心的微搅拌摩擦焊试验来验证计算模型和焊接温度场分析的合理性.     

铝合金无减薄搅拌摩擦焊工艺优化及特征分析

为提高无减薄搅拌摩擦焊接头力学性能,基于响应面法对参数进行优化,建立了响应面模型,并对模型进行回归分析. 结果表明,无减薄搅拌摩擦焊是成形优良的焊接工艺,而且焊接参数对接头拉伸性能影响明显,其中主轴转速及焊接速度对其影响更为显著. 在无缺陷条件下,提高主轴转速的同时选取适中的焊接速度,以得到性能更优的焊接接头. 焊接参数为主轴转速1 000 r/min,焊接速度200 mm/min、轴肩下压量0.25 mm时,接头的抗拉强度最大为363 MPa,为母材的94.3%,断后伸长率11.2%. 而且相比于常规搅拌摩擦焊,无减薄搅拌摩擦焊在厚度方向上的性能更加均匀.     

基于CEL模型的搅拌摩擦焊接7055铝合金仿真模拟

基于耦合的欧拉—拉格朗日(CEL)模型,建立了高可靠性、高精度的搅拌摩擦焊7055铝合金热力耦合计算模型,开展了焊接工艺参数对7055铝合金焊接接头温度、等效应变以及缺陷预测结果的影响规律的研究,并分析和讨论了搅拌摩擦焊试验验证模拟结果的可靠性.7055铝合金搅拌摩擦焊CEL模型预测结果表明,温度和等效塑性应变与转速呈...     

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.     

铝合金搅拌摩擦焊时焊接速度与热输入的关系

与熔化焊时热输入和焊接速度成反比不同,搅拌摩擦焊时焊接速度与热输入的关系非常复杂.文中从摩擦产热和金属塑性变形产热出发,研究了搅拌摩擦焊时焊接速度与热输入的关系,以及相同旋转速度与焊接速度比值时焊接速度与性能的关系.结果表明,在搅拌摩擦焊时,焊接速度与热输入不呈线性关系,而是呈现复杂的形态,焊接速度在不同的参数范围对热输入的贡献是不同的.在相同的旋转速度与焊接速度比值时,随焊接速度的增加,热输入和接头力学性能的关系也不是线性的.所以不能用旋转速度与焊接速度的比值来衡量热输入的大小.     

基于钻铣床的搅拌摩擦焊设备设计

以ZX50CA钻铣床为研究对象,采用液压技术对其压下装置进行设计,设计出一台适用于镁合金薄板搅拌摩擦焊的设备,选用3 mm厚的AZ31镁合金板材进行对接焊接实验。结果表明:当搅拌头转速为1400 r/min、焊接速度为15 mm/min、压紧力为1500 N时,焊接接头表面成形良好。通过实验证明,该设备能够满足搅拌摩擦焊的工艺参数要求,适用于搅拌摩擦焊的实验研究,而且相对于大型专用搅拌摩擦焊设备,成本低,使用灵活、方便,为镁合金薄板搅拌摩擦焊设备的开发提供了很好的参考价值。     

搅拌摩擦焊接过程的试验测量及分析

通过设计一系列搅拌摩擦焊接试验,详细测量和分析焊接温度场分布、搅拌头机械载荷、残余应力和残余变形.试验发现,搅拌摩擦焊的温度测量结果的准确性取决于采样频率和热电偶的定位方法;搅拌头的机械载荷主要表现为下压力和扭矩,它们在准稳态焊接的条件下会保持稳定,但取值随焊接参数的变化而发生相应变化;焊接残余应力的主要成分是纵向应力,焊缝区域内呈现较高水平的拉应力,分布呈不对称的双峰特征;薄板的焊接变形具有马鞍形和反马鞍形两种形态,且变形程度受到薄板尺寸、旋转频率和焊接速度的影响.