超声-TIG复合焊枪变幅杆水冷装置的设计

与常规TIG焊相比,超声-TIG复合焊可显著提高焊接效率、改善焊缝组织和力学性能,应用前景广泛.复合焊枪中超声振动系统对温度敏感,温度过高导致超声作用减弱甚至消失.为保证超声振动稳定输出,在变幅杆节点处加工环形槽通循环冷却水,对振动系统进行冷却.利用设计水冷后的复合焊枪进行定点焊接和变幅杆与换能器的测温试验,发现冷却后升温速度降低,峰值温度也分别从62℃和53℃降低到33℃,冷却效果明显.焊接电流为160 A的厚板铝合金堆焊试验结果表明,冷却变幅杆后复合焊枪连续稳定可焊时间从40 s增加到至少3 min.振动系统的温度始终低于37℃,且趋于恒值.复合焊枪焊接稳定性和大电流承载能力提高.     

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.     

超声振动对6061-T4铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

利用自主研制的试验装置,通过工具头将超声振动能量施加在搅拌头前方的待焊工件上,研究了超声振动能量对减少焊接缺陷、改善搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响.对6 mm厚度6061-T4铝合金板进行了超声振动强化搅拌摩擦焊工艺试验,并与相同工艺条件下的常规搅拌摩擦焊进行了对比.结果表明,超声振动能够减小焊速/转速比较大时的焊缝内部隧道型缺陷,增大材料对接混合区宽度和焊核区体积,细化焊核区和热力影响区微观组织,提高接头抗拉强度和焊核区显微硬度.     

超声振动对6061-T4铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

利用自主研制的试验装置,通过工具头将超声振动能量施加在搅拌头前方的待焊工件上,研究了超声振动能量对减少焊接缺陷、改善搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响.对6 mm厚度6061-T4铝合金板进行了超声振动强化搅拌摩擦焊工艺试验,并与相同工艺条件下的常规搅拌摩擦焊进行了对比.结果表明,超声振动能够减小焊速/转速比较大时的焊缝内部隧道型缺陷,增大材料对接混合区宽度和焊核区体积,细化焊核区和热力影响区微观组织,提高接头抗拉强度和焊核区显微硬度.     

超声振动辅助微塑性成形系统设计与开发

针对微塑性成形工艺过程对位移、力等参数精确控制的要求,分析了超声振动辅助成形系统的设计要点,提出了关键设计参数。超声振动辅助微塑性成形系统由机床本体系统、超声振动系统和伺服控制系统等主要单元组成。机床本体设计参考四柱液压机结构形式,采用两端固支梁和压杆的简化模型,计算得到主要结构尺寸,并用ABAQUS验证其刚度。通过选用匹配的超声发生器和换能器,满足成形过程中的超声振动要求,利用理想变截面杆纵振波动方程设计变幅杆结构,并用ABAQUS进行变幅杆模态分析,确保设计振幅满足要求。伺服控制系统采用可编程多轴控制器PMAC卡控制伺服电机,通过光栅尺和力传感器反馈实现高精度的位置及成形压力控制。通过测试证明在纯铜压缩试验中叠加超声振动,成形压力显著降低,成形精度达到4μm。     

高速列车铝合金车身双热源搅拌摩擦焊仿真

高速列车采用超长铝合金型材作为车身新材料。搅拌摩擦焊以固相连接原理成为高铁车身制造新工艺。针对单热源模型不足,考虑搅拌轴肩转动摩擦生热和搅拌头塑变剪切生热,建立搅拌摩擦焊双热源有限元模型。基于传统熔焊方式,实现满足搅拌焊特征的双面挤压型材接头变形设计。通过ANSYS二次开发,完成该工艺移动瞬态热交换数值仿真,获得焊接全程三维温度场分布,仿真结果与试验数据吻合良好。结果表明,该仿真模型可行．仿真结果合理,为高铁车身国产化制造工艺吸收和工艺优化提供参考。     

超声振动辅助搅拌摩擦焊的研究进展

超声振动辅助技术已被证明是获得高效优质搅拌摩擦焊接头的一种有效途径.主要论述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3种不同的超声振动施加方式及相应的实施效果,分析了各种方法存在的优缺点,为超声振动辅助搅拌摩擦焊的进一步研究发展提供参考.     

2024-T4铝合金超声辅助搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

沿搅拌头方向将超声能量引入对接焊焊缝,利用超声波的振动作用,促进搅拌针周围金属原子的运动和扩散能力,能有效地细化和均匀化焊核区的金属组织,改善焊缝材料的塑性流变行为,增强焊缝底部的搅拌强度,提高搅拌摩擦焊焊接质量和焊接效率。通过对1.8 mm厚2024-T4铝合金进行平板对接焊试验,对比研究了搅拌摩擦焊焊接接头组织与性能。结果表明,超声辅助搅拌摩擦焊能有效减少焊接缺陷,并且接头强度提高了10%,超声辅助搅拌摩擦焊优越性效果明显。     

LF21超声搅拌摩擦焊接头组织及性能分析

利用超声波对金属塑性成形作用对LF21铝合金进行了超声搅拌摩擦焊接试验,并对常规搅拌摩擦焊与超声搅拌摩擦焊接头的微观组织、断口形貌进行了对比分析.结果表明,超声能量通过搅拌头有效地导入焊缝底部,在增加焊缝底部搅拌强度的同时,提高了搅拌针周围金属原子的运动和扩散能力,焊核区的金属组织有明显的晶粒细化和组织均匀化.超声搅拌摩擦焊断口韧窝数量与深度均不及常规搅拌摩擦焊,撕裂棱不明显;超声搅拌摩擦焊可以提高接头力学性能,但平均断后伸长率相比常规搅拌摩擦焊有所下降.     

外加能量辅助搅拌摩擦焊的最新研究进展

外加能量辅助搅拌摩擦焊是一种在传统搅拌摩擦焊工艺的基础上加装辅助能量装置以克服传统搅拌摩擦焊技术一些固有缺点的一种新型焊接方法。综述了由激光、电流、电弧、感应加热组成的热能辅助搅拌摩擦焊和由超声振动提供的机械能辅助搅拌摩擦焊的国内外最新研究进展,介绍了上述几种辅助能量搅拌摩擦焊技术的基本原理,并针对各辅助能量搅拌摩擦焊技术优势和不足进行了分析评述,对该领域的未来发展进行了展望。     

超声对不同铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

利用自行研制的超声搅拌摩擦焊机分别对2219,7A52,LF21铝合金进行了常规搅拌摩擦焊和超声搅拌摩擦焊两种不同焊接的试验,并对常规搅拌摩擦焊与超声搅拌摩擦焊焊缝的微观组织、拉伸断口形貌进行了对比分析.结果表明,超声搅拌摩擦焊与常规搅拌摩擦焊相比热影响区几乎消失;超声搅拌摩擦焊焊缝焊核区组织比常规搅拌摩擦焊焊核区组织晶粒更加细小;断口扫描电镜图显示母材断口韧窝具有非等轴状待征,韧窝边上撕裂棱明显表明为韧性断裂;超声搅拌摩擦焊断口韧窝撕裂棱不明显;超声搅拌摩擦焊比常规搅拌摩擦焊的平均抗拉强度有所提高,但断后伸长率有所降低.     

采用辅助能量的搅拌摩擦焊新工艺

常规搅拌摩擦焊一般需要很大的轴向压力和搅拌头转矩来产生足够的摩擦热和塑性功来软化材料形成焊缝。这会导致搅拌头磨损,并限制焊接速度的提高,尤其是在焊接高强高硬材料时,这种问题变得更加突出。为了解决这些问题,研究人员通常采用辅助能源(激光、电弧热、电阻热、感应热等)来协助软化待焊材料,从而降低轴向压力和搅拌头转矩,并提高焊接速度。然而,对于作为固相连接的搅拌摩擦焊,这种直接加热的方式往往具有一些固有的不足之处。作为一类机械能,超声振动能够在无显著加热的条件下降低金属材料的变形抗力。因此,利用超声振动作为辅助能源,构成超声强化的搅拌摩擦焊新工艺,可改善焊接质量、降低焊接载荷、提高焊接速度,具有很大的发展潜力。文中对这些采用外加辅助能量的搅拌摩擦焊新工艺技术进行了评述,并对该领域下一步的研发方向进行了展望。     

铝合金推进剂箱体焊接技术及展望

介绍几种先进铝合金箱体焊接技术工艺特点,包括变极性TIG焊、变极性等离子焊、电子束焊、搅拌摩擦焊及摩擦塞焊。总结每种焊接技术的特点及应用范围,分析未来铝合金推进剂箱体焊接技术的发展趋势。     

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.     

超声辅助搅拌摩擦焊流场分析

超声辅助搅拌摩擦焊是在搅拌摩擦焊过程中增加超声振动,利用超声波效应改善焊缝组织性能的一种新型金属固态焊接技术。本文基于计算流体力学和弹塑性力学理论,建立了1.8 mm厚2024铝合金超声辅助搅拌摩擦焊流场分析模型。对流场分析发现,超声波的导入能够提高材料塑性流动,同时也扩大塑性流动区域;而焊速的提高,导致前进侧将成为焊缝的薄弱环节。     

镁合金搅拌摩擦焊接技术的研究进展

搅拌摩擦焊是利用一种特殊形式的搅拌头边旋转边前进,通过搅拌头与工件的摩擦产生热量,摩擦热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前进端向后部塑性流动,从而使待焊件压焊为一个整体.由于搅拌摩擦焊是固态焊接,所以没有熔化焊时的气孔、裂纹等缺陷.综述了镁合金搅拌摩擦焊接技术的新进展,并对镁合金搅拌摩擦焊接技术的发展进行了展望.     

6061-T6铝合金超声振动强化搅拌摩擦焊接头组织与性能

将超声振动施加在搅拌头前方的待焊工件上,开展了6061-T6铝合金板超声振动强化搅拌摩擦焊工艺试验。通过显微组织观察、拉伸试验和显微硬度测试来评价接头组织与性能,比较了超声振动条件下的接头组织与性能与常规搅拌摩擦焊接头的差异。试验结果表明,超声振动细化了焊核区和热机影响区的晶粒组织,提高了接头抗拉强度、断后伸长率和显微硬度。     

搅拌头受力模型及应用

针对搅拌摩擦焊实际过程,建立了搅拌针扎入阶段和稳定焊接阶段搅拌头的受力模型,通过与实测数据对比分析对模型进行了验证.由受力模型可知无论扎入阶段或稳定焊接阶段搅拌头的薄弱部位均为搅拌针根部,若设计不当易从搅拌针根部破坏.在此基础上,针对Ti-6Al-4V的搅拌摩擦焊,将模型用于指导搅拌头设计.结果表明,合理的搅拌头设计是实现钛合金搅拌摩擦焊的关键,在合适的焊接工艺参数下可以获得成形良好的焊缝.     

高熔点材料的搅拌摩擦焊接技术

通过焊具设计、接头微观组织与性能、焊接温度场和残余应力、热源辅助的搅拌摩擦焊(FSW)几个方面,全面介绍了高熔点材料搅拌摩擦焊技术的研究现状.结果表明,合适的搅拌头材料为钨铼(W-Re)合金和多晶立方氮化硼(PCBN);采用合适的焊具设计和工艺参数,可以得到具有良好微观组织、高强度的FSW接头;在模拟搅拌摩擦焊温度场和接头残余应力时,应依据焊接过程实际进一步完善物理模型;引入辅助热源有利于高熔点材料焊缝成形并提高焊具使用寿命.     

铝钢复合箱形搅拌摩擦焊焊接结构柱的研究

基于第三届全国大学生焊接创新大赛固定题目焊接结构设计要求,设计一个铝钢复合材料的抗压箱形柱结构,经过有关软件对设计结构进行模拟计算和焊接工艺方法分析,确定了采用搅拌摩擦焊的技术方案。在对实验室近40年的老旧台钻床改造手动搅拌摩擦焊机的基础上进行铝钢丁字接头的搅拌摩擦焊试验。通过实际对铝钢复合结构承受压力测试以及铝钢搅拌摩擦焊焊接接头的界面抗剪强度测试表明,该焊接技术方案满足焊接创新大赛比赛要求,取得很好的比赛成绩。