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。     

焊接参数对搅拌摩擦焊搅拌区材料融合的影响

用率相关本构模型模拟了搅拌摩擦焊接过程,研究了焊接参数的变化对搅拌摩擦焊接构件横截面上材料变形的影响.通过对不同过程参数下等效塑性应变的研究,分析了搅拌区及热力影响区内焊缝中心线两侧材料的融合情况,根据变形分布,从理论上判断焊接参数的变化对焊接质量产生的影响.结果表明,在靠近焊接构件下部材料的融合随着搅拌头转速的增加和焊速的减小趋于良好,但是搅拌头转速过高有可能导致焊接缺陷的产生.     

摩擦搅拌焊接过程温度场的测量分析

温度场的分布不仅影响到摩擦搅拌焊缝区的材料流动,而且直接影响到焊缝各个区域微观组织结构,从而决定了焊接件的性能。结合试验研究了焊接工艺参数,主要是焊接速度和搅拌头旋转速度对2024铝合金焊接过程温度场的影响规律,得到了温度场在时间和空间上的分布规律,以及温度随焊接速度和搅拌头转速的变化规律,并研究了转速/焊速比对温度场的影响。     

搅拌摩擦焊过程中搅拌头温度场分布特征

试验测定了搅拌头温度分布曲线,分析了搅拌头温度场的分布特征,对比研究了不同材质搅拌头温度分布的特点.结果表明,摩擦焊初始阶段,搅拌区域金属的软化致使摩擦针与试板之间的摩擦产热量降低,在搅拌头轴肩与试板接触之前,搅拌头温度出现滞涨,并出现一定程度的回落;稳定焊接阶段,摩擦热传递至搅拌头的热量与通过其散失的热量处于动平衡状态,其温度波动较小;高速旋转搅拌头的表面与周围空气进行强烈的热交换,搅拌头轴线上的温度高于外缘的温度;采用比热容小、热导率高材质制作的搅拌头,焊接过程中其温度变化快,整体温度高.     

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.     

曲面件搭接接头搅拌摩擦焊温度场的数值模拟及参数优化

采用点点之间连接的方法实现了曲面结构件的搅拌摩擦焊焊接热源模型的加载,研究了飞机中蒙皮与桁条结构的搅拌摩擦焊搭接接头温度场的动态变化过程.结果表明,随着焊接速度的减小、旋转速度的增加以及搅拌头压力的提高,搅拌摩擦焊过程中的温度峰值升高,焊缝区域的高温区域扩大.从提高材料流动性以及避免出现熔焊的角度,提出了搅拌摩擦焊焊接工艺参数的优化方案.     

轴向载荷变化对搅拌摩擦焊接过程中材料变形和温度分布的影响

采用完全热力耦合模型分析轴向载荷变化对搅拌摩擦焊接过程的影响,发现较低的轴向载荷会导致搅拌摩擦焊接无法完成.搅拌摩擦焊接构件上表面材料由于受到搅拌针和肩台旋转的作用,导致上表面材料变形程度较下表面高,材料沿焊缝中心线的变形并非严格对称,前进侧材料的变形程度较后退侧高,搅拌头轴向载荷的增加会减弱这种不对称性.搅拌摩擦焊接过程中的最高温度随轴向载荷的增加而增加,且搅拌头轴向载荷的增加会促使搅拌区附近的温度分布趋于均匀.     

焊接工艺参数对LF5铝合金搅拌摩擦焊温度场的影响

以LF5铝合金为研究对象,利用有限元软件MSC.Marc建立了平板对接接头搅拌摩擦焊过程的有限元模型,分析了焊接过程的温度场.结果表明:由于热传导区域范围的减少,当焊接热源接近平板端部时焊缝区域的温度峰值上升,不利于接头性能;当焊接速度减少或搅拌头的旋转速度升高时,焊接过程中的温度峰值升高甚至超过母材熔点.综合考虑实际工程效率与温度场影响接头质量的规律,给出了搅拌摩擦焊焊接工艺参数的优选方法.     

铝合金材料搅拌摩擦焊焊接参数概述

概述了铝合金材料搅拌摩擦焊的焊接原理以及搅拌头形状、材料、焊接工艺参数等对接头成形及性能的影响,学习和应用相关知识,为后续铝合金材料搅拌摩擦焊提供试验依据、理论指导和技术支持.     

搅拌摩擦焊参数对残余应力分布的影响

针对2024-T3铝合金,应用焊接试验与数值仿真方法对比分析了焊接参数对焊接效果和残余应力分布规律的影响,讨论了转速与焊接速度对残余应力分布的影响机理,得到了 8mm厚2024-T3铝合金的优选焊接参数,进一步提高了搅拌摩擦焊接头性能、质量和可靠性.     

搅拌头形状对搅拌摩擦焊材料变形和温度场的影响

采用完全热力耦合模型研究了搅拌头形式对搅拌摩擦焊接中材料变形和温度场的影响.结果表明,搅拌头轴肩形状变得平坦会导致焊接温度和塑性变形程度的降低,有效功率会减少.采用锥形搅拌针时焊接温度较柱形搅拌针低,这是由于接触而滑动率减少导致摩擦热减少,但是此时,塑性变形会增加.采用尺寸较小的搅拌头轴肩时,摩擦面积的减小是导致焊接温...     

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.     

搅拌摩擦焊接过程的有限元模拟

对摩擦搅拌焊接工艺进行数值仿真，建立了搅拌摩擦焊接的二维数值计算模型，通过数值手段进行焊接参数研究。并研究了焊接工艺过程中焊件材料的流动情况以及在焊接过程中材料的应力和应变情况，且与已有结果进行比较。证实了所建立模型的正确性与可靠性。     

Modeling of material flow in friction stir welding process

This paper presents a 3D numerical model to study the material flow in the friction stir welding process. Results indicate that the material in front of the pin moves upwards due to the extrusion of the pin, and then the upward material rotates with the pin. Behind the rotating tool, the material starts to move downwards and to deposit in the wake. This process is the real cause to make friction stir welding process continuing successfully. The tangent movement of the material takes the main contribution to the flow of the material in friction stir welding process. There exists a swirl on the advancing side and with the increase of the translational velocity the inverse flow of the material on the advancing side becomes faster. The shoulder can increase the velocity of material flow in both radial direction and tangent direction near the top surface. The variations of process parameters do have an effect on the velocity field near the pin, especially in the region in which the material flow is faster.     

我国搅拌摩擦焊技术的研究现状与热点分析

从搅拌摩擦焊材料、工艺、焊接机理、有限元数值模拟、接头耐腐蚀性等方面分析了国内对搅拌摩擦焊研究取得的成果与现状,并预测了未来几年国内搅拌摩擦焊研究的热点和重点.分析认为:铝合金仍是未来几年搅拌摩擦焊的主要研究材料,而镁合金、铜合金、不锈钢、碳钢以及异种金属的搅拌摩擦焊将也将成为研究的热点.焊接工艺、有限元数值模拟以及接...     

质量放大因子对搅拌摩擦焊接插入过程的影响

质量放大因子是显式有限元计算过程中的一个重要因素.文中通过研究质量放大因子对搅拌摩擦焊接插入过程温度场的影响,优化了搅拌摩擦焊接过程温度场的三维显式有限元计算方法.在文中的计算条件下,当质量因子为106时能获得比较合理的温度场,而计算所需时间明显减少.模拟温度与文献试验数据吻合较好.结果表明,质量放大因子对搅拌工具的下移距离和计算时间有较大影响.     

DP600/6061无匙孔搅拌摩擦点焊温度场研究

根据无匙孔搅拌摩擦点焊过程的特点,建立了简化的热输入数值模型,利用有限元分析软件ANSYS模拟1 mm DP600镀锌钢板和3 mm 6061铝合金板搭接无匙孔搅拌摩擦点焊过程中的瞬态温度场分布和各特征点的热循环曲线。通过模拟结果与热电偶测得的各特征点温度曲线的对比,发现随着焊接过程的进行,最高温度出现在DP600上表面轴肩2/3处;对比分析不同搅拌头转速下焊点区域温度分布的情况,得到转速对温度分布的影响规律,进而验证了热输入模型和模拟方法的正确性,为工艺实验参数的选取提供科学的依据。     

工艺参数对复合搅拌摩擦点焊接头力学性能的影响

采用LF21铝合金研究了复合搅拌摩擦焊时焊接工艺参数(旋转速度、旋转半径)对焊接接头力学性能的影响.结果表明,当其它焊接参数一定时,焊点的力学性能随着搅拌头旋转速度的增加而增加,当搅拌头的旋转速度增加到1 200 r/min时,焊点的剪切力达到最大值为3.47 kN,随着搅拌头旋转速度的进一步增加,焊点的力学性能开始降低.改变旋转半径,焊点的力学性能随着旋转半径的增加而增加,当旋转半径达到0.5 mm时,焊点的剪切力达到最大值为3.47 kN,然后,随着旋转半径的继续增加,焊点的力学性能开始降低.LF21铝合金的复合搅拌摩擦点焊焊点的微观组织与直插式搅拌摩擦点焊不同的是,在塑性环的边上形成了一个由第二层塑性环形成的"耳朵形"区域.     

纯铅搅拌摩擦焊接轴肩温度变化规律研究

在使用空心主轴和空心搅拌工具的搅拌摩擦焊接物理模拟装置上进行了纯铅搅拌摩擦焊接,并且利用红外热成像仪记录轴肩的实时温度演变过程。研究表明在搅拌摩擦焊接过程中轴肩温度的变化具有周期性。在轴肩与工件接触的搅拌阶段,轴肩一端的温度始终高于轴肩另一端,即搅拌摩擦焊接过程中轴肩可分为高温端和低温端;轴肩上的峰值温度始终处于高温端并随搅拌工具的旋转而旋转,并且峰值温度随着搅拌头的旋转在每个周期内呈现出由低到高再降低的波峰式波动。轴肩温度周期性现象的出现是由于轴肩高温端周期性的搬运变形金属造成的。