搅拌摩擦焊热源数值模型

针对搅拌摩擦焊特点,基于粘着摩擦原理,在综合分析前进边和返回边不同位置摩擦功率的基础上,建立了搅拌摩擦焊热源数值模型.温度场试验与模拟结果表明,该模型能综合反映前进边与返回边热循环曲线的差异及其原因,具有较高的计算精度.     

TC4搅拌摩擦焊预热过程数值分析模型

建立4mm厚TC4钛合金搅拌摩擦焊接热输人数学模型,并将模型应用于焊接预热过程温度场仿真,通过试验及有限元模拟进行验证.结果表明,在预热过程中,由于热源固定,其温度梯度呈对称分布,此时温度从最高点向周围逐渐降低,工件在轴肩处温度变化较大,说明轴肩是最重要的热源.     

搅拌摩擦焊数值模拟的研究现状

本文论述了国内外搅拌摩擦焊数值模拟的研究现状,重点讨论了国内外研究人员对不同形式的速度场、力场、温度场等的计算机数值模拟,针对不同的搅拌摩擦焊焊接工艺,研究人员提出了不同的数值计算模型,将材料的流动看作是稳态、层流、粘性、非牛顿流体,经实验进行验证能够得到基本符合的数值模拟结果,同时对搅拌类型的数值模拟有较好的指导作用。     

搅拌摩擦焊过程金属流场的数值模拟研究进展

对FSW过程数值模拟研究的进展进行了介绍和总结,认为采用流体或刚塑性体描述搅拌头周围金属,存有明显的流动区域或者流动分界面,与实际情况有较大差距.如果根据材料流动的本质,通过对材料流动的驱动力及所受约束问题,即“软性约束”问题进行研究,或许对解决现有问题、完善FSW焊缝成形理论具有巨大意义.     

搅拌摩擦焊接过程流体数值模拟概述

为了对搅拌摩擦焊接机理有进一步的理解，需要对FSW过程中塑性材料的流体流动进行深入研究。搅拌摩擦焊接过程的数值模拟是研究FSW过程中塑性材料流体流动的一种重要手段。介绍了FSW过程数值模拟的一些研究进展，对资料中建立的模型和模拟结果进行了简要的描述。     

汽车轮毂搅拌摩擦焊的数值模拟

利用ANSYS软件对其搅拌摩擦焊过程的温度场进行了分析,结果表明,搅拌摩擦焊过程的最高温度为570℃,位于轴肩与工件的接触面上,热源中心温度场分布形状为圆环形,高温由圆环面向周围逐渐扩散降低。数值模拟与试验得到的熔池轮廓较为相似,焊缝熔池形状为杯锥状,说明车轮毂搅拌摩擦焊的有限元模拟过程较为合理。     

搅拌摩擦焊焊缝塑性金属流场的数值模拟

依据流体力学理论,建立搅拌摩擦焊的三维流场有限元模型,根据试验参数确定流场的定解条件对搅拌摩擦焊过程进行数值模拟,得到了焊缝塑性金属的三维速度场、流线轨迹.结果表明:焊缝上部金属呈规则的层流,下部金属呈不规则的紊流;塑性金属在厚度方向上发生了循环迁移,搅拌针附近的塑性金属沿搅拌针向上迁移,其外围的金属则向下迁移.     

搅拌针形状影响搅拌摩擦焊过程金属塑性流动规律的数值模拟

考虑材料参数随温度的变化关系以及搅拌工具的实际结构,利用Fluent流体力学软件建立了搅拌摩擦焊的有限体积模型,对搅拌针的形状影响材料塑性流动行为的规律进行了研究.结果表明,材料的流动速度随着到焊件表面以及到搅拌针旋转轴的距离增加而减小;当减小搅拌针的锥角以及减小搅拌针的螺纹槽宽度时,焊件内部材料的流动速度得到提高.当搅拌工具在焊接过程中顺时针旋转时,对于左螺旋搅拌针,搅拌针附近的材料向下流动,而热力影响区材料的流动方向向上,此规律与右螺旋搅拌针时相反.     

搅拌摩擦焊概述（一）

搅拌摩擦焊专栏是《现代焊接》杂志与中国搅拌摩擦焊中心合作开辟的搅拌摩擦焊技术的科普专栏，包括以下专题——搅拌摩擦焊概述，搅拌摩擦焊优点。搅拌摩擦焊原理，搅拌摩擦焊历史，搅拌摩擦焊应用，搅拌摩擦焊设备，搅拌头设计和材料，搅拌摩擦焊可控参数和过程控制，搅拌摩擦焊匙孔去除技术，搅拌摩擦焊工艺改进，搅拌摩擦焊接头性能，搅拌摩擦焊点焊，铜、镁、钛、钢的搅拌摩擦焊，搅拌摩擦焊接头及夹具设计，搅拌摩擦焊检测技术，搅拌摩擦焊质量控制等。敬请关注![编者按]     

复合热源搅拌摩擦焊技术概述

复合热源搅拌摩擦焊是在传统搅拌摩擦焊工艺的基础上,以常用焊接热源作为辅助热源的搅拌摩擦焊技术,旨在克服传统搅拌摩擦焊工艺的缺点和不足.文中概述了由等离子弧、火焰、激光、钨极氩弧、电流辅助、感应加热、超声波等辅助的复合热源搅拌摩擦焊的原理、国内外研究及应用,并对该领域的发展趋势进行了展望.     

搅拌摩擦焊的研究现状及前景展望

对搅拌摩擦焊的研究现状作了介绍,总结了其问世以来20年的研究成果,涉及焊接材料、材料的塑性流动机理、焊接工艺参数、数值模拟、焊接设备及搅拌摩擦焊的新技术几方面,并对未来的研究方向作了探讨。     

LY12搅拌摩擦焊接过程中搅拌针摩擦行为的研究

搅拌摩擦焊是一种依靠搅拌头与被焊金属之间的摩擦来实现焊接的焊接方法,二者之间的摩擦系数直接影响到最终的焊接效果。本试验对LY12铝合金摩擦系数随温度等因素的变化情况进行了研究,试验结果表明:由于温度对铝合金的表面状态的影响非常大,所以铝合金的摩擦系数在高温下的变化也很大。通过试验数据建立了LY12铝合金与高速钢的摩擦系数与温度之间的关系曲线,发现二者之间的摩擦系数随温度的增加先增大,达到金属的熔点下限后开始减小。并且对LY12铝合金搅拌摩擦焊焊接过程中的摩擦行为进行了分析。     

LY12搅拌摩擦焊接过程中搅拌针摩擦行为的研究

搅拌摩擦焊是一种依靠搅拌头与被焊金属之间的摩擦来实现焊接的焊接方法，二者之间的摩擦系数直接影响到最终的焊接效果。本试验对LY12铝合金摩擦系数随温度等因素的变化情况进行了研究，试验结果表明：由于温度对铝合金的表面状态的影响非常大，所以铝合金的摩擦系数在高温下的变化也很大。通过试验数据建立了LY12铝合金与高速钢的摩擦系数与温度之间的关系曲线，发现二者之间的摩擦系数随温度的增加先增大．达到金属的熔点下限后开始减小。并且对LY12铝合金搅拌摩擦焊焊接过程中的摩擦行为进行了分析。     

搅拌摩擦焊接技术最新进展

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)是由英国焊接研究所TWI于1991年开发的专利技术,并且在随后取得了巨大的进展。综述了近10年来国内外搅拌摩擦焊技术的发展概况和最新进展,阐述了搅拌摩擦焊技术的原理、工艺特点及其广泛的工业应用前景,指出搅拌摩擦焊技术研究的必要性和紧追性。     

薄板7075铝合金搅拌摩擦焊三维有限元数值模拟

薄板7075高强度铝合金在经过搅拌摩擦焊接后,存在不同程度的焊后残余变形,对精度要求较高的航空结构件的制造和装配带来了困难.本文通过建立4mm薄板7075铝合金搅拌摩擦焊热源模型,利用ANSYS对搅拌摩擦焊接过程中的温度场和应力应变场进行热机耦合数值分析,解释了薄板铝合金搅拌摩擦焊的温度场和表面残余应力的分布.采用古典摩擦理论建立合适的热源模型,将搅拌头的机械载荷和压板的压力考虑到模型当中.分析结果表明,此数值模拟对研究薄板高强度铝合金的搅拌摩擦焊具有一定的借鉴意义.     

镁合金搅拌摩擦焊接技术

对5mm厚镁合金AZ31B板材的摩擦焊接技术进行了试验研究，结果表明：适合其板材的搅拌摩擦焊接的搅拌头，材料为W6MoSCr4V2高速钢，结构为凹面圆台形，根部直径5．5mm，端部直径为2．5mm，轴肩尺寸为12mm，长度为4．7mm。镁合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度可达母材的90％，延伸率可达母材的50％。搅拌摩擦焊接头焊合区为动态再结晶组织，在接头前进边焊合区与母材有明显的分界线，返回边过渡区有金属微熔的迹象。     

铝合金搅拌摩擦焊接头行为分析

详细介绍了搅拌摩擦焊（FSW）接头塑性流变数值模拟所得到的结果，并且利用搅拌摩擦焊的“插入试验”，测量了搅拌头旋转着插入铝合金材料过程中作用在搅拌头上的作用力，并将之转化为有效的粘度值和温度输出，确定了搅拌摩擦焊过程中充分塑化区（FPZ）的材料粘性，3－D数值模拟结果显示了搅拌头肩台下大约1.5mm的紊流区域的形成；解释了在异种金属搅拌摩擦焊接过程中无序混合产生的间混薄层结构，以及局部液相形成（初始熔化）引起的搅拌头的瞬间滑移导致了在特定的温度下（Tcrit）的材料粘性迟滞。     

先进的搅拌摩擦焊

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端向后部塑性流动，从而使待焊件压焊为一个整体。它可以焊接所有牌号的铝合金以及用熔焊方法难以焊接的材料，并突破了普通摩擦焊对轴类零件的限制。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。搅拌摩擦焊的接头性能普遍优于熔化焊的。     

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。