6005A-T6铝合金车钩面板多层多道焊残余应力与变形规律的数值分析

车钩面板是轨道车辆的重要部件,为研究其焊后变形及残余应力问题,基于热弹塑性法,以6005AT6铝合金车钩面板为研究对象,对其多层多道焊接变形与残余应力场进行数值模拟,并提出工艺优化方案。结果表明:6005A-T6铝合金车钩面板焊接后焊缝附近区域存在较大的纵向残余拉应力,起弧处与熄弧处呈现较大的横向残余压应力。Von-Mises等效应力最大值出现在正面焊缝与背面焊缝相接处。通过施加适当的反变形,可在不影响整体残余应力峰值的情况下有效减小焊接变形,进而兼顾车钩面板的平整度与承载能力。研究结果对车钩面板的实际焊接生产具有一定的指导意义。     

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。     

2219铝合金搅拌摩擦焊温度与残余应力热力耦合模拟

针对航空用2219铝合金,基于搅拌摩擦焊产热理论开发了自适应移动热源,结合商用有限元分析软件MSC.marc,建立了搅拌摩擦焊过程的有限元模型。同时,对焊接过程中的动态温度场及焊后残余应力场的分布进行了详细研究。结果表明,焊接过程中稳定焊接温度达532.4℃,峰值温度达到570℃,焊后焊缝区域应力以纵向应力为主,垂直于焊缝的截面的应力呈M型分布,最大值约为146 MPa。此外,针对10 mm厚的2219铝合金板材开展了搅拌摩擦焊实验,利用Proto X射线仪对焊后残余应力进行测试,验证模型准确性。     

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。     

铝合金静止轴肩搅拌摩擦焊残余应力超声波法测量

开发了静止轴肩搅拌摩擦焊装置,在焊接过程中搅拌装置外部轴肩不旋转,内部搅拌针旋转,获得了无弧纹的搅拌摩擦焊缝表面。焊接了6系列铝合金挤压型材和7系列平板对接定轴肩搅拌摩擦焊试件,使用超声波焊接残余应力测量方法对静止轴肩搅拌摩擦焊残余应力场进行了测量。测量结果表明搅拌摩擦焊残余应力最大值可达母材抗拉强度的66%左右,应力峰值不低于弧焊,纵向残余应力最大值产生在焊缝热影响区边界附近,横向残余应力值低于纵向残余应力。     

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%。     

基于复合搅拌摩擦焊的6063铝合金焊接接头残余应力控制研究

分别采用普通搅拌摩擦焊和带随焊旋转滚压装置及随焊水雾冷却装置的复合式搅拌摩擦焊对6063铝合金薄板进行焊接试验,并对两组试验的纵向残余应力数据进行对比分析。试验结果表明:普通搅拌摩擦焊接焊后试样的最大纵向残余应力是拉应力,其值为83.6 MPa,位于前进侧的搅拌头轴肩边缘处。前进侧与返回侧两侧的纵向残余应力基本对称,从焊缝中心到边缘,纵向残余应力由小变大后再变小,最后转变为压应力;复合搅拌摩擦焊接焊后试样的最大纵向残余应力比普通搅拌摩擦焊减小了38.9 MPa,其分布与普通搅拌摩擦焊时基本相同,但其变化范围窄。这说明随焊旋转滚压装置及随焊水雾冷却装置能有效减小纵向残余应力,从而能减小焊后变形,提高搅拌摩擦焊接接头质量。     

轨道车辆铝合金MIG焊搭接接头应力及变形研究

为满足轻量化要求,铝合金在轨道交通车辆上的应用越来越多。搭接接头作为轨道车辆常见的接头形式之一,探索其焊接残余应力分布与变形规律对在轨道车辆生产中优化焊接工艺减少焊接变形,提高服役寿命有重要意义。采用热—弹—塑性有限元方法,对板厚2.2 mm和3 mm的6005A-T6铝合金MIG焊搭接接头的焊接温度场、应力场及变形进行模拟,并对比试验结果。结果表明,数值模拟结果与试验结果比较吻合,验证了建立的有限元模型的准确性。从模拟结果来看,铝合金搭接接头残余应力主要分布于焊缝和热影响区,整体呈现非对称性,在厚度方向上变化不明显;焊接变形主要位于下板边缘处,最大变形量达到2.6 mm,板在纵向产生凹向下的变形。     

超声辅助搅拌摩擦焊2219铝合金接头的缺陷控制

为了研究超声的导入对FSW焊缝成型过程中缺陷的抑制作用,对2.5 mm 2219薄板铝合金进行常规搅拌摩擦焊(FSW)和超声辅助搅拌摩擦焊(UAFSW)试验,从焊接变形、孔洞缺陷、残余应力值以及显微组织等方面进行了对比分析。结果表明:在相同的焊接参数下,超声的加入能够使得焊缝成型更美观,有效抑制焊接变形,降低残余应力值,减少焊缝孔洞、疏松等缺陷,提高焊缝质量稳定性。     

薄壁铝合金搅拌摩擦焊焊接应力变形与控制

搅拌摩擦焊(FSW)焊接残余应力变形表现出与传统熔焊不同的规律,文中研究了薄壁铝合金搅拌摩擦焊残余应力分布规律和焊接变形控制方法,结果表明,纵向残余应力峰值并非出现于焊缝中心,热影响区和热机影响区是残余应力相对较大的区域.基于动态低应力无变形焊接方法,设计开发了一套热沉系统,进行了动态低应力无变形FSW试验.研究表明,动态低应力无变形焊接技术可以有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力和变形,接头残余应力分布规律与常规搅拌摩擦焊接头残余应力分布类似,但应力峰值降低50%以上.     

搅拌摩擦焊在高速动车组车辆上的应用

介绍搅拌摩擦焊的技术特点和发展情况,针对某高速动车组车辆车钩面板结构形式,提出了一种大厚度的搅拌摩擦焊焊接接头结构。为了验证其接头性能,将搅拌摩擦焊接头与采用双V型35°坡口对接MIG焊接接头在力学性能、疲劳特性、弯曲性能以及金相组织等方面进行对比试验,结果表明:搅拌摩擦焊接头性能优于MIG焊接接头,建议在高速动车组上推广使用,并对后续研究提出要求。     

搅拌摩擦焊对5A02铝合金微观组织及硬度的影响

通过对10 mm厚的5A02铝合金板搅拌摩擦焊焊缝的宏观组织、微观组织及显微硬度的观察和分析,进一步明确搅拌摩擦焊接过程中的温度分布和热循环对焊缝组织特点及硬度分布的影响规律,对优化焊接工艺,减小焊接中的变形及焊后残余应力,控制焊缝接头的组织和性能,提高焊接质量,具有重要的实用价值。     

MIG焊叠加对铝合金FSW焊残余应力的影响研究

文中针对4 mm厚6A01-T5铝合金FSW焊缝叠加MIG焊,研究了MIG焊叠加对FSW焊残余应力分布的影响。研究结果表明:FSW焊残余应力在焊缝两侧分布不对称,前进侧残余应力较大,峰值残余应力位于前进侧热机影响区附近; MIG焊叠加FSW焊后残余应力同样分布不对称,峰值残余应力位于叠加MIG焊缝中心附近;与FSW焊相比,叠加MIG焊后正面残余应力均有一定程度降低且FSW后退侧叠加时横向残余应力下降最明显,叠加MIG焊后背面纵向残余应力下降不明显,横向残余应力均呈增大趋势,且FSW后退侧热机影响区叠加时的横向残余应力增加最显著。     

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.     

搅拌摩擦焊和熔化极气体保护焊6082铝合金疲劳性能分析

对10 mm厚6082-T6铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW)和熔化极气体保护焊(MIG焊)焊接,利用疲劳性能试验机、光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对6082铝合金FSW和MIG焊接头的疲劳力学性能、微观组织、裂纹扩展特征、疲劳断口进行了分析. 结果表明,在疲劳寿命为2×106周次时,6082铝合金母材及其FSW和MIG焊接头的名义应力分别为126.3,110.2,84.2 MPa;在高应力水平下(Δσ=160 MPa),FSW接头疲劳寿命明显大于MIG焊接头、与母材的疲劳寿命相当. MIG焊疲劳断口均位于焊趾处,焊缝内的气孔缺陷为其主要裂纹源;FSW疲劳断口大多发生在轴肩边缘. 接头的微观断口具有准解理特征,断口中存在疲劳条纹和韧窝.     

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.     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

20093070搅拌摩擦焊应力变形有限元模拟的研究进展/鄢东洋…//焊接.-2009(1):19~24,40搅拌摩擦焊因其独有的特点而被广泛应用于铝合金的焊接,虽然焊后残余应力和变形比普通熔化焊小,但它同样是一个不均匀的热过程,焊后残余应力和变形不可避免,而且部分试验已经显示出其残余应力和变形对结构尺寸精度和使用性能有显著影响,因此针对搅拌摩擦焊残余应力和变形的研究有重要的现实意义。除了实际的焊接和测量试验外,数值模拟技术是目前研究搅拌摩擦焊残余应力和变形的重要手段,也取得了很多可喜的研究结果。从焊接热载荷、搅拌头力作用、母材性能参数和卡具作用等方面较为详尽地总结了搅拌摩擦焊残余应力和变形数值模拟的研究进展和未来发展方向。图6参4120093071薄壁铝合金搅拌摩擦焊焊接应力变形与控制/李光…//焊接.-2009(1):29~32搅拌摩擦焊(FSW)焊接残余应力变形表现出与传统熔焊不同的规律,研究了薄壁铝合金搅拌摩擦焊残余应力分布规律和焊接变形控制方法,结果表明,纵向残余应力峰值并非出现于焊缝中心,热影响区和热机影响区是残余应力相对较大的区域。基于动态低应力无变形焊接方法,设计开发了一套热沉系统,进行了动态低...     

1.8mm2024-T4铝合金板的搅拌摩擦焊接

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为1.8mm2024-T4铝合金薄板进行焊接实验,通过高压水冷装置来控制由残余应力产生的失稳翘曲变形,并对焊缝的微观组织与力学性能进行了分析.结果表明:用搅拌摩擦焊方法焊接1.8mm厚的2024-T4铝合金薄板可得到外表成形美观、内部无缺陷的平板对接接头.在冷却水压为0.4MPa、搅拌针旋转速度为2100r/min、焊接速度为120mm/min时,搅拌摩擦焊的焊接接头强度可达到377.9MPa,达到母材强度的80.39%.     

铝合金MIG焊L形接头的有限元分析及试验验证

以12 mm厚轨道车辆用铝合金板多层多道MIG焊为研究对象,采用热弹塑性有限元分析和试验验证的方法进行研究。采用更符合实际工况的边界条件简化方法,建立了L形接头单边V形坡口的有限元模形,模拟并分析了L形接头焊接过程中的温度场、应力场和焊接变形,发现有限元法可准确模拟多道焊的热积累效应,预测焊接构件的残余应力和变形分布;同时开展了L形接头多层多道MIG焊试验,并采用盲孔法测量焊后残余应力,对比模拟和实测结果发现,模拟和实测的残余应力在变化趋势和峰值上吻合良好,验证了数值模拟模形的准确性。     

基于弹性模量变化的7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接残余应力测试

采用虚拟仪器和NI数据采集卡搭建了一种以小孔法为核心的残余应力测试系统,分析了7A52铝合金VPPA-MIG复合焊后残余应力的分布情况. 为降低弹性模量误差对最终测量结果的影响,通过实测复合焊接接头不同区域的弹性模量,拟合弹性模量随测量点位置变化的曲线来修正弹性模量误差. 针对10 mm厚7A52铝合金板材,完成了VPPA-MIG复合焊接残余应力测试试验. 结果表明,焊缝两侧各区域上的残余应力分布基本关于焊缝对称,熔合区出现最大拉应力,最大横向残余应力σ_y与纵向残余应力σ_x分别为118和223 MPa. 从熔合区至热影响区,残余应力均为拉应力,逐渐减小且高于焊缝中心的残余应力. 与单MIG焊相比,复合焊的最大横向残余应力与纵向残余应力大于MIG焊,但高应力区比MIG焊窄.