热量自适应搅拌摩擦焊热源模型

当前采用的温度场热源数值模型在准确表征焊接过程材料性能和产热机制与温度变化关系上存在困难.依据摩擦学原理,以材料屈服强度ReL为产热基本参数建立新型热源模型,产热量随温度、材料性能改变,实现搅拌摩擦焊产热自适应过程,更准确地描述了搅拌摩擦焊过程物理现象的本质.温度场试验与模拟结果的比较表明,该热量自适应热源模型具有较高的计算精度.     

铝合金平板搅拌摩擦焊接应力变形分析

针对6056-T6铝合金平板进行搅拌摩擦焊接和试板变形检测试验.并用数值方法对试板变形进行模拟,考察了模拟温度、应力场分布和试板变形情况,对试验和模拟温度、变形进行比较.结果表明,在文中条件下,沿焊缝长度方向试板产生下挠,最大变形量6.3 mm;沿试板宽度方向试板相对发生上拱,最大变形量4.5 mm,模拟与实测变形趋势非常吻合.纵向残余应力在焊缝中心线两侧非对称性分布,前进侧大于回转侧.     

焊接结构CAE中数值模拟技术的实现

在焊接结构的ＣＡＥ中，复杂焊接结构数值模拟的高效运算和精确建模是实现三维分析的主要困难，针对实际结构应力和变形的数值模拟，论述焊接移动热源、动态可逆的自适应加密网格技术、焊缝熔敷金属填充的处理，并行计算和网络技术、材料性能在高温时的处理、降价积分等几个关键性的技术问题和解决方法。     

T形接头角接静轴肩搅拌摩擦焊三维流动特征

在T形接头横截面方向预置0.1 mm铜箔作为示踪材料，进行了角接静轴肩搅拌摩擦焊，焊后对T形接头角焊缝进行X-ray 2D透射和X-ray 3D扫描，得到了角焊缝示踪材料的2D流场和3D流场. 在前进侧热塑性材料主要以摩擦剪切为主，材料流动主要向焊接方向流动，并流向前进侧后方，后退侧材料主要以挤压为主，由于T接搅拌针螺纹的存在，使得材料整体向后退侧下方流动. 同时发现，在T接静轴肩后沿附近下方存在示踪材料"堆积区"，表明T接静轴肩对附近的材料塑性流动存在一定的阻碍作用. 根据所获得的观察结果，建立了T形接头角焊缝的三维流动主要特征模型.     

搅拌摩擦焊接过程的试验测量及分析

通过设计一系列搅拌摩擦焊接试验,详细测量和分析焊接温度场分布、搅拌头机械载荷、残余应力和残余变形.试验发现,搅拌摩擦焊的温度测量结果的准确性取决于采样频率和热电偶的定位方法;搅拌头的机械载荷主要表现为下压力和扭矩,它们在准稳态焊接的条件下会保持稳定,但取值随焊接参数的变化而发生相应变化;焊接残余应力的主要成分是纵向应力,焊缝区域内呈现较高水平的拉应力,分布呈不对称的双峰特征;薄板的焊接变形具有马鞍形和反马鞍形两种形态,且变形程度受到薄板尺寸、旋转频率和焊接速度的影响.     

NUMERICAL ANALYSIS ON THE RESIDUAL DISTORTION OF Al ALLOY SHEET AFTER FRICTION STIR WELDING

大尺寸6056铝合金薄板经过搅拌摩擦焊接实验后出现了严重的面外变形,虽然变形程度小于熔化焊结果, 但已经影响到被焊薄 板的装配和使用.为详细研究和预测铝合金薄板在搅拌摩擦焊后的残余变形, 以焊接实验条件为基础, 建立了搅拌摩擦焊接三维有限元 热力耦合分析模型. 模型中涉及了利用搅拌头工作转矩计算热输入量、工件和卡具之间的接触热传导、随温度变化的材料模型, 以及综合 考虑搅拌头机械作用等工作.利用该模型可以得到不对称的纵向残余应力结果, 残余变形的趋势在整块板上都与实验结果相同, 而且变形量和实验测量值之间的误差在20%以内.     

一种非晶增强铝基复合材料的制备工艺及组织性能

利用搅拌摩擦加工技术成功制备了一种新型非晶增强铝基复合材料,分析其显微组织、硬度以及元素成分分布.试验结果表明,复合材料主要由母材和非晶带交替形成的层状结构组成,显微硬度有明显提高.复合材料中的非晶带产生了一定的晶化,摩擦热、机械搅拌力以及轴肩压力的综合作用可能是导致非晶带晶化的主要原因.     

搅拌摩擦焊下压力控制系统的开发及在模拟非刚性环境下的验证试验

搅拌摩擦焊接(Friction stir welding, FSW)是材料固态连接新技术,但FSW在焊接过程中一般会对工件施加较大的下压力,焊接设备和被焊工件在下压力的作用下均可能产生变形,使得常规FSW中设定的下压量这一关键参数偏离预期值,无法保证焊接工艺的稳定性。为了解决这一问题,开发一套下压力反馈控制系统,通过调节搅拌头对工件的下压量来调节下压力,使焊接过程中下压力保持稳定。该系统使用一台计算机作为顶层控制器,根据压力传感器反馈的实时下压力调节FSW设备Z轴的进给。使用该系统在悬空的钢板上焊接6082-T6铝合金平板对接焊缝,焊接过程中工件在下压力的作用下产生的弯曲变形高达0.931 mm,但所得的焊缝成形良好,沿焊缝方向不同位置的接头的横截面形貌基本一致,其横向拉伸应力应变曲线高度重合,接头的平均抗拉强度为222.8 MPa。结果表明,工件在下压力作用下产生变形的条件下,下压力控制的FSW系统仍能保证工艺稳定性。     

厚板焊接过程温度场、应力场的三维有限元数值模拟

采用厚板试件对焊接过程的三维数值模拟进行了初步研究。在商用软件的基础上,开发了专业化接口,使网格自适应技术能够应用于焊接过程的数值模拟,并为大幅度缩短复杂结构焊接过程数值模拟的时间创造了条件。     

焊接数值模拟材料新模型的建立及应用

在焊接数值模拟中建立了材料性能依赖于温度及温度过程并考虑加工硬化效应的材料新模型,从而可以更加真实地研究焊接过程中应力应变的变化,并更准确地预测焊后残余应力和应变的分布.热力模拟试验结果表明,从热循环峰值温度至室温的冷却过程中,铝合金5A06材料性能变化遵循一系列不同于加热过程的曲线.考虑加工硬化效应后,焊接热循环过程中不同的屈服应力变化过程,导致了不同的纵向残余应力演变历程.考虑焊接热循环历史对材料性能影响,经历了较高温度焊接热循环以后,焊缝区金属的性能有所降低,焊缝区金属的纵向压缩塑性应变在冷却过程中的恢复程度大于常规模型,最终导致焊缝附近残余拉应力水平低于常规模型.