预拉伸条件下铝合金焊接变形的数值模拟

应用热弹塑性应力应变关系理论,在考虑材料性能参数随温度变化的条件下,运用大型ANSYS软件通过有限元法模拟分析了预拉伸应力对5A05铝合金板材焊接变形的影响.结果表明,采用预拉伸焊接法可以有效控制铝合金焊件焊缝及近缝区的纵向挠曲变形.随着预拉伸应力的增大,其控制变形的效果愈明显,当预拉伸应力为σp=90%σ0.2时,焊后纵向挠曲变形最大降幅达70.45%.模拟分析结果与实验测试结果基本吻合.     

异质TC17线性摩擦焊接头焊后时效处理组织与性能

线性摩擦焊是制造航空发动机整体叶盘的关键技术. 通过光学显微镜、扫描电镜、电子式万能试验机及显微硬度仪对比分析了TC17(α + β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头焊态及不同时效温度下接头的组织与性能. 结果表明,焊态下焊合区及附近区域的微观组织为过冷β细晶,硬度最低;经焊后时效处理,析出了细小针状α相,硬度升高. 焊后时效温度为400 ℃时,焊合区及附近区域的硬度值明显提高,焊接区脆化. 焊后时效温度为630 ℃时,接头弯曲角度最高,但强度降低. 综合焊接接头的硬度、弯曲与拉伸性能优化出的焊后时效温度为550 ℃. 接头弯曲角度和抗拉强度分别达到母材的36%和95%. TC17(α + β)侧热力影响区( thermal-mechanical affected zone,TMAZ)受力后微观塑性变形更均匀,其强塑性能均优于TC17(β)侧TMAZ. 接头的弱化区对应于TC17(β)侧TMAZ硬度变化梯度及组织梯度最大的区域. 相比母材,接头的塑性损失比强度损失要大得多.     

摩擦焊机电液比例减压施力系统压力特性分析

为提高摩擦焊接过程的控制精度,重点分析了由比例减压阀和比例方向阀组成的摩擦焊机轴向压力控制系统的静、动态特性,长期生产过程中轴向压力波动规律,以及油温对轴向压力控制结果的影响。并与开关阀组成的摩擦焊机轴向压力施力系统的对应数据进行了对比分析。结果表明:比例阀控制系统轴向压力的静、动态特性均优于开关阀系统;在长期焊接生产过程中,比例阀控制系统的轴向压力不受液压系统油温影响,比开关阀系统稳定,控制精度高,重现性好。     

GH4169合金磨削表面塑性变形层的微观结构

采用光学显微镜、透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜对航空发动机常用高温合金GH4169磨削表面变质层的微观组织结构进行研究。结果表明,GH4169合金磨削表面及亚表面发生了局部剧烈塑性变形,在表面变质层内形成了剧烈塑性变形层(Severe plastic deformation layer,SPDL)。通过分析选区电子衍射图特征,确定出本试验条件下磨削表面塑性变形层的深度略大于2.2μm。根据组织特点,磨削表面的SPDL进一步可分为表面非晶层、微观剪切带和纳米晶层。表面非晶层最靠近外表面,其内主要为非晶组织和高密度的空位,但仍存在一定量的直径为1~3 nm的有序结构。微型剪切带是位于表面非晶层和纳米晶层之间、平行于磨削表面、宽度约2 nm的一条带状区域,其内组织已经完全非晶化,不存在有序结构。纳米晶层紧邻基体,主要是直径为10~150 nm的纳米晶粒,纳米晶粒内部原子排列基本有序,但仍存在大量的晶格缺陷,主要为非晶化、位错、层错和孪晶。     

强制冷却搅拌摩擦焊接工艺

搅拌摩擦焊接在工业生产中应用的主要问题之一,是焊接硬化状态材料时接头强度系数较低.简要分析了焊接热对接头强度的影响,提出了在搅拌摩擦焊接过程中进行强制冷却的工艺方法.对比了强制冷却对紫铜搅拌摩擦焊接头表面状况、硬度分布和接头性能的影响,建立了强制冷却搅拌摩擦焊接过程中焊接区温度的近似表达式.结果表明,在紫铜搅拌焊接过程中进行强制冷却,可以降低焊接过程中焊缝及热力影响区变形金属的温度,减小接头软化的程度和范围,提高搅拌摩擦焊接接头的性能.采用转速1 500 r/min、移动速度0.3 mm/s的强制冷却的工艺方法,得到的紫铜搅拌摩擦焊接头抗拉强度达269 MPa.     

C800型摩擦焊机润滑系统的检测状态主导故障诊断方法

为了实现根据检测数据判别故障状态和计算各执行单元对相应故障状态的隶属度,结合自动故障诊断系统的特点,在传统故障树基础上提出了检测数据主导故障树模型.定义了检测状态主导故障树,建立了故障树拓扑结构,根据C800型摩擦焊机润滑系统特点建立该系统的故障诊断算法.实验结果表明:在0~16 MPa压力范围内,该算法能够根据压力参数有效识别系统故障状态,并计算出各底事件对相应故障状态的隶属度.     

DD3合金与Renē95合金摩擦焊接界面摩擦学性能分析

摩擦系数是摩擦焊接研究中重要的能量参量与摩擦学参量。DD3合金和Ren叆95合金分别是先进航空发动机整体叶盘制造中所用的单晶叶片材料和粉末冶金涡轮盘材料。为研究这两种材料的摩擦焊接性 ,作者在理论推导摩擦焊合区力学参量的基础上 ,采用计算机测控系统实时测量了DD3和Ren叆95连续驱动摩擦焊接过程中的摩擦界面温度、摩擦扭矩与轴向压力。其中 ,摩擦界面温度采用半自然热电偶测量。通过试验数据回归分析 ,分别建立了初始摩擦阶段摩擦系数公式f1=1.76 8-0 .465(T -2 73) 0 .0 0 5、准稳定摩擦阶段的流动应力公式σ =186 .2 3exp 16 7.15 6T - 2 73和等效摩擦系数公式 f2 =- 9.2 93 0 .0 16T - 6 .918× 10 -6T　2 。为进行整体叶盘摩擦焊接过程的产热机制分析与数值模拟奠定了试验基础。     

摩擦焊接过程的热力耦合有限元分析

采用热力耦合有限元分析方法,综合考虑摩擦焊接过程中不同的产热机制、随温度变化的材料性能、飞边形成及摩擦系数随速度、温度、压力的变化规律,直接由焊件材料的性能参数及设定的焊接规范参数(轴向压力与转速随时间的变化曲线)对焊接全过程的焊接参数(摩擦转矩、轴向缩短量及平均温度)、物理参量场(温度场、应力场、变形场)及焊合区金属晶粒尺寸的变化规律进行了数值模拟,得到了焊接过程中摩擦表面上切应力、加热功率、温度及轴向压应力的分布及变化规律,实现了对焊合区金属晶粒尺寸的数值模拟。     

电场热处理的铜与不锈钢摩擦焊接头扩散行为

运用电子探针线扫描研究了经焊后电场退火热处理的T2紫铜和1 Cr18 Ni9Ti不锈钢摩擦焊接头焊合区主要合金元素的扩散行为，采用Boltzman-Matano法求解了外加电场对摩擦焊接头Fe元素的扩散系数和扩散激活能的影响。结果表明，紫铜与不锈钢摩擦焊接头焊后电场退火热处理过程中，主要合金元素Fe在焊合区的扩散区比常规热处理时要宽，扩散区宽度随电场强度数值的增大而增大。此外，静电场使热处理过程中摩擦焊接界面Fe元素在600℃时的扩散系数高于常规焊后热处理的摩擦焊接头，使Fe元素在焊接界面处的扩散激活能降低。随电场强度的增加，Fe元素的扩散系数增大，扩散激活能下降。其中，负电场的影响较为明显。     

TiAl合金与GH3039高温合金的摩擦焊接

对TiAl合金与GH3039高温合金异种材料进行了摩擦焊接工艺试验. 基于接头的拉伸性能,初步优化了焊接工艺参数. 采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对焊接接头组织、焊合区成分变化及接头连接机理进行了分析. 结果表明,TiAl合金与GH3039高温合金两种异种材料摩擦焊接具有可行性,在摩擦焊接过程中热力耦合的作用下,GH3039侧热力影响区塑性变形较大,TiAl合金侧热力影响区变形较小;TiAl合金与GH3039高温合金摩擦焊接连接界面两侧的合金元素发生了扩散,形成了复杂的层状金属间化合物组织结构;断于TiAl合金母材的焊接接头断口属于典型的脆性断口.