LF6铝合金搅拌摩擦焊焊缝中S曲线对接头拉伸性能的影响

在铝合金搅拌摩擦焊中,当焊接规范参数选取不当时,焊缝中会出现一种S形曲线。采用圆柱右螺纹搅拌头,对铣去对接面氧化膜和不铣去对接面氧化膜的试样分别进行搅拌摩擦焊试验,研究焊缝中S线对接头性能的影响。结果表明:焊缝中的S线对接头的拉伸性能有影响。含有S线的试样沿焊缝上的S线断裂,断面呈"S"状;焊缝中无S线的试样在焊核中断裂,断面呈45°。焊缝中的S线使接头的强度下降。     

铝合金搅拌摩擦焊材料流场非对称性的数值模拟研究

铝合金搅拌摩擦焊(FSW)过程中,搅拌头附近的材料在高温下发生剧烈的塑性流动。FSW过程中的材料流动直接关系到接头质量。由于运用试验直接观察手段研究固态金属的瞬态塑性流动十分困难,因此数值模拟是研究FSW过程中材料流动行为的重要手段。针对2024铝合金建立了基于计算流体力学(CFD)的材料流动模拟仿真模型,模拟得到了FSW过程中温度、塑性变形等物理量的三维分布。模拟结果与试验结果对比表明,温度场模拟结果与试验结果吻合良好;分析模拟结果发现,搅拌头附近材料应变速率并非对称分布。模拟结果表明,FSW过程中,材料在搅拌针前方分流,在搅拌针后方焊合,分流与焊合位置均位于前进侧;随着焊接速度的提高,焊合难度增大,从而使FSW过程中沟槽缺陷产生的倾向性增大。     

阵列射流冲击热沉搅拌摩擦焊接新方法

基于动态低应力无变形技术的原理,设计开发了阵列射流冲击热沉搅拌摩擦焊接新方法.结果表明,采用该方法可以有效减小搅拌摩擦焊接头残余应力,焊后试件基本无变形.采用射流冲击热沉的动态低应力无变形搅拌摩擦焊接头残余应力分布规律与常规搅拌摩擦焊类似,但应力峰值明显降低,约为常规FSW接头应力峰值的45%,可以实现FSW薄壁结构的低应力无变形焊接.该项技术可以提高一些铝合金材料FSW接头性能,具有较好的技术经济价值.     

型材结构搅拌摩擦焊全热力耦合仿真分析

基于DEFORM-3D软件建立三维全热力耦合有限元模型,对轨道车辆中典型的型材结构搅拌摩擦焊接过程进行仿真研究。分析了型材搅拌摩擦焊接过程中型材的温度场分布和材料变形情况,同时采用点追踪的方法研究前进侧和返回侧相应位置材料的流动特征,进一步讨论了搅拌头转速、焊速以及下压量变化对焊接温度和等效应变的影响。研究结果表明:温度场分布和等效应变分布与型材接头的结构特征相关;前进侧和返回侧材料变形和流动差异显著;焊接温度和等效应变随转速升高而升高,随焊速升高而降低;焊接温度随下压量增大而升高,等效应变对下压量变化不敏感。     

火焰辅助加热搅拌摩擦焊数值模拟与试验研究

搅拌摩擦焊(FSW)技术在高熔点材料上的应用仍然受限于搅拌头的寿命。在FSW过程中,搅拌针承受着巨大的剪切力和摩擦磨损。预热工件可以软化被焊材料,是提高搅拌头寿命的方法之一。本文进行了Q235钢氧-丙烷火焰辅助加热FSW数值模拟与试验研究;建立了火焰与搅拌头双热源模型,利用有限元分析软件ANSYS模拟分析了FSW过程中的热量传递过程,获得了被焊材料的温度场分布;进行了Q235钢的火焰辅助加热FSW试验研究,分析了对接焊时FSW接头热影响区、热力影响区和焊核区的显微结构,以及焊缝的显微硬度。计算得到的热影响区形状和尺寸与试验测量的结果基本吻合。     

搅拌摩擦焊接头形成过程的二维观察与分析

用紫铜作标示材料，进行了LF6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，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，在焊缝的前进边，材料既向搅拌头前方流动也向搅拌头后方流动；在焊缝的返回边，材料只是向搅拌头后方流动，且有部分材料进入前进边。根据试验观察结果，建立了焊缝金属在水平面上的二维挤压模型，并用运动分解、合成的方法研究了探针周围热塑性材料的流动趋势，模拟了标示材料在焊接过程中的流动状态，模型能较好地解释试验所观察到的现象。     

激光辅助搅拌摩擦焊

激光辅助搅拌摩擦焊(LAFSW)是一种新型的搅拌摩擦焊技术。原搅拌摩擦焊(FSW)的焊接热量由工件和搅拌头之间摩擦产生,该过程需要相对较大的动力,因此,便用搅拌摩擦焊技术的设备都是体积庞大,价格昂贵的。而LAFSW在搅拌头搅拌时利用激光能量加热工件,且激光可加热无传导性的材料如塑料、陶瓷等,因而,LAFSW可获得较低的搅拌头磨损、较高的焊接速度、较广的应用范围,采用LAFSW技术的设备体积小、价格低。激光辅助搅拌摩擦焊     

2024铝合金板搅拌摩擦焊接塑性材料流动的可视化检测与数值模拟(英文)

将薄铜片作为标示材料镶嵌于2024铝合金板中,经搅拌摩擦焊接焊后,用金相法观察其最终位置。参考材料流动的可视化实验结果,建立搅拌摩擦焊传热与材料流动的三维数值分析模型。搅拌针附近塑性材料流动速度分布模式的计算结果与可视化实验结果基本一致。当焊接速度一定时,随搅拌针旋转速度的提高,搅拌针附近塑性材料流动加剧。焊核区形状与尺寸的计算结果与实测数据吻合。     

搅拌摩擦焊界面摩擦及材料流动行为仿真

采用计算流体力学（CFD）方法研究了6061铝合金搅拌摩擦焊过程中的界面摩擦行为与材料流动行为。通过在搅拌头-工件界面采用剪切力边界条件,实现了焊接过程中界面摩擦与材料流动的完全耦合分析。结果表明,搅拌头与工件间的界面摩擦行为呈现显著的非均匀特征：轴肩芯部及环形槽内呈近似黏着摩擦,轴肩外缘区域呈滑动摩擦;搅拌针侧面呈现不同程度的滑动状态,界面滑动比例随其到轴肩的距离增加而增加。摩擦界面附近存在厚度为0.66～4 mm的低粘度区。在低粘度区,工件上部材料流动速度可达0.17 m/s,应变率可达85.7 s-1;在工件下部材料流动速度可达0.017 m/s,应变速率可达11.7 s-1。从材料流经低粘度区的流动路径来看,搅拌摩擦焊过程材料流动呈现多圈旋转及直通两种模式。仿真得到的温度、低粘度区形状及标记材料沉积位置均得到了实验结果的印证。     

2219铝合金搅拌摩擦焊“弱连接”缺陷的制备及表征

搅拌摩擦焊焊缝金属的塑性流动与工件表面状态对焊缝的微观组织演化及焊缝缺陷形成有着十分重要的影响,采用"示踪铜箔"探索了可视化示踪材料紫铜箔在搅拌摩擦焊接头内的迁移行为。为进一步分析和证明搅拌摩擦焊接头"弱连接"缺陷形成机制,进行了2219铝合金(阳极化处理)的搅拌摩擦焊试验。结果表明,焊件表面未清理的氧化膜在搅拌摩擦接头内形成了一条始于后退侧、而在前进侧取向发生逆向延伸的黑色流动迹线,即"S"线弱连接缺陷。     

DP590钢/AA6061-T6铝合金异种金属对接搅拌摩擦焊温度场的数值模拟

为了研究DP590钢和AA6061-T6铝合金异种金属对接搅拌摩擦焊工艺参数对温度场的影响,优化实际焊接时工艺参数的可选择范围,首先建立了异种金属对接搅拌摩擦焊搅拌头摩擦生热的热输入模型,然后运用ABAQUS软件模拟出DP590钢和AA6061-T6铝合金对接搅拌摩擦焊的温度场,研究焊接过程中异种板材温度场的分布规律,最后通过调整焊接参数模拟出接头的温度分布,对比分析搅拌头偏置位置、焊接参数对接头温度场的影响。结果表明:钢铝异种金属对接搅拌摩擦焊焊接过程中的最高温度处位于DP590钢板侧,搅拌针偏置主要影响钢板的温度分布,搅拌头转速是影响焊接接头温度场的主要因素。     

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.     

搅拌摩擦焊接过程中材料流动形式

采用完全热力耦合模型对搅拌摩擦焊接过程进行模拟,并详细分析了搅拌摩擦焊接过程中的材料流动形式.结果表明,模型可以成功预测搅拌摩擦焊接过程材料流动和温度分布情况.通过对搅拌头周围材料流动的研究,分析了搅拌摩擦焊接过程中飞边现象形成的主要原因.研究了搅拌摩擦焊接构件不同厚度上材料的三维流动形式,通过与二维情况的比较证实,二维情况下的材料流动数值模拟结果对应于搅拌摩擦焊接构件靠近下表面部分的材料流动情况.从等效塑性应变的分布也能证实搅拌头轴肩对靠近上表面的材料行为具有明显影响,而对下表面附近材料行为影响较弱,从而说明二维情况对应三维情况靠近下表面的部分.     

铝合金搅拌摩擦焊接头织构研究进展

在铝合金搅拌摩擦焊(FSW)过程中,焊接接头中存在着织构的演变过程,这对焊接时材料的塑性变形与流动行为、接头性能和接头残余应力的检测均产生重要影响。综述了铝合金板中的织构及其在FSW中的演变过程,概括介绍同种铝合金、异种铝合金以及铝合金与其他材料异种搅拌摩擦焊接接头织构的国内外研究现状;指出铝合金搅拌摩擦焊接接头织构研究存在的不足,并展望铝合金搅拌摩擦焊接头织构研究的发展方向。     

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.     

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。     

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.     

搅拌摩擦焊接过程中搅拌头转速对材料流动的影响

使用有限元方法模拟了不同搅拌头转速下,搅拌摩擦焊接过程中Al6061～T6材料的三维流动,以及材料流动与搅拌头转速的关系,结果表明,在搅拌摩擦焊接过程中,后退侧的材料流动较前进侧更为剧烈,并且随着搅拌头转速的增加,材料流动也会得到不同程度增强,搅拌头前方的材料在搅拌头的推动作用下向上涌起,被旋推到搅拌头后方并向下运动,该过程的周而复始是促使搅拌摩擦焊接顺利完成的主要原因,等效塑性应变等值线的形状与材料热影响区,热力影响区以及搅拌区的边界形状具有较好的对应关系,随着搅拌头转速的增加,等效塑性应变随之增加。     

搅拌头倾斜角对搅拌摩擦焊AA2014-T6铝合金焊接接头强度和显微组织的影响（英文）

结合各种焊接参数,包括焊接速度、转速、轴肩和搅拌针直径、搅拌头倾斜角等,搅拌摩擦焊(FSW)已经广泛应用于制造铝合金接头。FSW参数能够显著影响焊接强度,其中,搅拌头倾斜角是一种重要的过程参数。因此,本文作者研究搅拌头倾斜角对搅拌摩擦焊铝合金(AA2014-T6)搭接焊接强度的影响。搅拌头倾斜角的变化范围为0°～4°,等值增量为1°,其他参数保持一致。采用宏观和微观组织分析、显微硬度测量、扫描电镜、透射电镜和能谱分析等方法对搅拌摩擦搭接接头的搭接剪切强度进行测定。结果表明,当搅拌头倾斜角为1°～3°时,可获得无缺陷的焊接接头;当倾斜角为2°时,可获得具有最大剪切强度(14.42kN)和显微硬度(HV132)的接头。采用1°和3°倾斜角焊接的接头其剪切强度较差,这是搅拌摩擦焊过程中焊接区域内物料流动不平衡导致的。