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.     

搅拌摩擦焊焊缝塑性金属流动的实验研究

用铝箔作为标示材料,进行了LY12铝合金的搅拌摩擦焊试验.焊后在与焊缝表面平行的截面上,观察了标示材料在焊缝中流动的痕迹.结果表明,左旋螺纹探针搅拌头搅拌摩擦焊过程中,焊缝材料在水平面的流动与焊缝中心是不对称的.在焊缝上部,前进边的标示材料向前迁移,而返回边的标示材料绕过搅拌针向后迁移;在焊缝中下部,搅拌针周围出现塑性环.     

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.     

影响搅拌摩擦焊金属塑性流动的因素

针对LF6/LD10、12／T2研究了搅拌摩擦焊(FSW)的金属塑性流动。通过工艺试验，分析了影响FSW金属塑性流动的因素。研究结果表明，被焊材料反复动态再结晶是其持续塑跬流动的前提条件。影响金属塑性流动的因素主要有两个——材料的变形温度和变形速率。搅拌工具使材料保持高应变速率，并对材料快速加热，致使层错能很高的铝发生动态再结晶，促使其稳定流动。保持一定的焊接温度有利于金属动态软化，促进塑性流动，实现焊接。     

2024铝合金搅拌摩擦焊二维流场的数值模拟

采用计算流体力学软件FLUENT建立了基于有限体积法的二维塑性材料流动模型,对2024铝合金搅拌摩擦焊接过程中材料的塑性流动进行数值模拟,研究了焊接参数影响焊缝区域在沿垂直焊件表面方向上材料塑性流动特征的规律。结果表明,在紧靠搅拌头区域材料的塑性流动最剧烈,速度明显高于距搅拌头较远的区域,且材料在回撤边发生绕流现象;随着搅拌头旋转速度的增加,搅拌头附近区域材料流动速度增加,且材料流动较剧烈的区域明显扩大;焊接速度的提高对搅拌头及其附近区域材料的流动影响不大。     

搅拌摩擦焊三维粘塑性热力耦合有限元数值模拟

针对搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)的特点,建立了基于固体力学的刚粘塑性热力耦合有限元方程,并采用网格局部加密自适应跟随技术对FSW过程进行数值模拟,获得了焊接过程的温度、应力、应变分布特征及金属流动规律,预测焊接过程中所产生的缺陷.结果表明,FSW过程中试件的温度分布不对称,应变沿板厚的方向分布不一致,焊缝区产生了剧烈的塑性变形,因此FSW是一个典型的三维剧烈的塑性变形过程,热塑性变形机制是焊接接头形成的主要机制.     

铝合金LD10-LF6搅拌摩擦焊的金属塑性流动

通过对LF6／LD10进行搅拌摩擦焊(FSW)的工艺试验研究，分析了工艺参数对金属流动的影响。结果表明，当压入量和倾角大小适宜，采用带有螺纹的搅拌工具(T001)时，能促进金属塑性流动；在一定范围内提高旋转速度或者焊接速度，不但能促进金属塑性流动，并且能使金属以涡形层状间混方式流动。当采用低速度参数，LF6铝合金处于前进侧时，涡形层状问混结构呈现均匀分布；LF6铝合金处于后退侧，则结果相反，但是提高旋转速度，不论LF6铝合金处于哪一侧，金属都能稳定流动。     

搅拌摩擦焊塑性金属流动基本模型

通过对搅拌摩擦焊接过程进行抽象和假设,建立了搅拌摩擦焊接过程中塑性金属流动的基本模型.文中定义了步长塑性层、步长空腔以及剥离侧和堆积侧等概念.提出了步长塑性层是塑性金属转移流动的基本单元,步长塑性层连续转移流入并填满步长空腔,塑性金属流动的一个周期结束同时下一个周期开始.分析了步长塑性层流动的驱动力以及阻力等因素.结果表明,若步长塑性层不能全部填满步长空腔,焊缝中会出现体积型缺陷的结论.步长塑性层在流入步长空腔的过程中,同时会掉头转向.     

流动摩擦焊接过程塑性金属流动行为

搅拌工具端部形貌特征影响焊缝成形,工具端面的渐开线有利于焊接时塑性金属的流动,在焊缝的上部材料受到焊接工具的作用发生层流运动,材料由搅拌工具边缘向中心流动,而中心处聚集的材料挤压周边的材料向阻力小的方向运动,材料在厚度方向混合从而形成一个循环往复运动。同时采用数值模拟和实验手段对其进行了验证。     

搅拌摩擦焊接焊缝金属的超塑性行为

通过对防锈铝搅拌摩擦焊接头焊缝金属的高温拉伸试验,探讨搅拌摩擦焊接头焊缝金属的超塑性行为,以期优化焊接参数来使材料达到超塑性状态,形成良好的接头.结果表明:在450℃,夹头速度为0.6 mm/min的情况下得到的焊缝金属的最高延伸率为91%.从应力应变曲线初步计算得到m值为0.534.可以初步判定,在450℃附近,有超塑性现象.     

钛合金搅拌摩擦焊接三维流场数值模拟

基于粘性流体力学理论，采用计算流体力学软件FLUENT。建立了4mm厚钛合金板搅拌摩擦焊接过程焊缝金属塑性流动的三维有限元模型。对所建模型作水平和垂直切片，得到了模型不同位置上材料的流动状况。并对其进行了分析。结果表示：焊缝金属前进侧向前流动的趋势强于后退侧向后流动的趋势，且整体流动成规则的层流，但在焊件表层金属流动区的边缘部分，材料流动有明显的紊流现象。模拟流场结果同实验结果基本吻合。     

搅拌摩擦焊搅拌区动态再结晶的数值模拟

采用元胞自动机方法,结合搅拌区微观组织的成型机理,建立了搅拌区的二维动态再结晶模型.模型综合考虑了动态回复、应变速率等的影响,并将微观变量位错密度与宏观加工参数应变速率之间建立了联系.模拟得到的搅拌区内部组织晶粒的最终分布及平均晶粒尺寸与实际结果基本符合.为通过工艺参数控制改善焊接件组织性能提供可靠依据.     

铝/镁异种金属搭接搅拌摩擦焊接温度场数值模拟研究

利用有限元分析软件ABAQUS对铝/镁异种金属搭接搅拌摩擦焊温度场进行模拟研究,计算了焊接过程中不同焊接参数对温度场的影响.结果表明:数值模拟结果与测量结果能够较好吻合,热源模型的建立基本符合搅拌摩擦焊接过程,验证了已建立的模型的可靠性.     

搅拌摩擦焊基础塑性流动形态的研究

采用彩泥对搅拌摩擦焊塑性流动进行观察,据焊缝内部材料受力情况,分析了焊缝各截面流动特征产生的成因.论文将轴肩范围内的焊缝划分为搅拌挤压区和塑性变形区,焊缝中下部搅拌挤压区内,搅拌针周围大部分材料绕搅拌针呈螺旋型搅拌迁移,填充后方瞬时空腔,小部分材料被迫逆时针向后方迁移;塑性变形区内,大部分材料绕搅拌针顺时针由返回边向搅拌针后方迁移,少量前进边的材料被迫逆时针流向搅拌针后方.焊缝上部搅拌挤压区内,搅拌针前方的材料首先绕搅拌针旋转迁移填充后方瞬时空腔,并在轴肩作用下与塑性变形区内彩泥一道经历一种连续“涂抹式”迁移运动.     

Simulation of Metal Flow During Friction Stir Welding Based on the Model of Interactive Force Between Tool and Material

In this research, the three-dimensional flow of metal in friction stir welding (FSW) has been simulated based on computational fluid dynamics. Conservation equations of mass, momentum, and energy were solved in three dimensions. The interactive force was imposed as boundary conditions on the tool/material boundary in the model. The strain rate- and temperature-dependent non-Newtonian viscosity was adopted for the calculation of metal flow. The distribution of temperature, velocity, and strain rate were simulated based on the above models. The simulated temperature distribution agreed well with the experimental results. The simulation results showed that the velocity on the pin was much higher than that on the shoulder. From the comparison between the simulation results and the experiments results, contours line, corresponding to strain rate = 4 s^?1, reflected reasonably well the shape of stir zone, especially at the ground portion.     

基于湍流计算模型的TC4钛合金搅拌摩擦焊过程的流场分析

以TC4钛合金为研究对象,利用计算流体力学软件FLUENT建立搅拌摩擦焊过程的三维有限体积模型,选取k-ε湍流计算模型,利用数值模拟的方法对材料的塑性流动行为进行了研究。结果表明:搅拌头及其附近区域的材料流动方向与搅拌头的旋转方向相同,且此区域的材料流动速度远大于其它区域;受接触点线速度的影响,轴肩附近的材料流动速度大于焊件内部与搅拌针接触区域材料的流动速度,且搅拌针附近材料的流动速度随搅拌针的直径减小而减小。     

工艺参数对碳钢摩擦焊接头塑性金属流动的影响

采用添加标识材料的方法研究45钢摩擦焊接头焊缝塑性金属的流动规律.结果表明,摩擦焊接过程中,变形层首先在距圆心2/3半径处的摩擦表面上形成,它是由塑性变形和机械挖掘的表面金属组成的环状摩擦面.随着焊接时间的延长,摩擦焊接表面的热量输入会逐渐增加,从而增大了焊缝塑性金属的变形量增加摩擦压力和顶锻压力,焊缝表面金属变形明显增大,且在摩擦压力的作用下标识材料会随着旋转方向变化,并 且标识材料会发生整体扭转,扭转角度随着顶锻压力增大而增加.