培养焊接专业人才 服务焊接工程实践 西北工业大学焊接学科

西北工业大学焊接学科前身是"焊接工艺及设备"专业,创建于1956年,同年招收本科生;1980年招收硕士研究生;1993年招收博士研究生;1998年焊接、锻压、铸造专业合并为材料成型及控制工程专业,研究生学科合并为材料加工工程学科。焊接学科现拥有:陕西省摩擦焊接工程技术重点实验室。

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.

摩擦挤压焊接铝-钢接头的组织与性能研究

文章研究了LF5铝与A3钢摩擦挤压焊接工艺,该工艺已成功用于工业生产铝/钢电解电极。通过分析焊接工艺参数对LF5铝与A3钢接头金相组织、力学性能及导电性能的影响,获得了最佳的工艺参数。试验结果表明:摩擦挤压焊接形成的铝-钢接头的摩擦端面连接及螺纹挤压咬合连接提高了接头强度。通过该技术获得的焊接接头的导电性及力学性均能满足实际工业生产的要求。最优的摩擦挤压焊接参数是:旋转速度1 000 r/min,摩擦压力2.5 MPa,摩擦时间7 s,顶锻压力3.5 MPa,顶锻时间4 s。

钛合金线性摩擦焊接界面组织研究现状

由于线性摩擦焊在整体叶盘,特别是双性能叶盘的制造及修复方面具有很大的技术优势,因此,深入、系统地开展线性摩擦焊的应用基础理论研究,掌握整体叶盘线性摩擦焊的接头组织演变与质量控制等技术关键是很有必要的。

铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力测试分析

采用小孔法研究厚2 mm的6061-T5铝合金搅拌摩擦焊对接接头残余应力的分布规律,分别测量接头处垂直、平行于焊缝的残余应力,并进行了计算分析。结果显示,搅拌摩擦焊接头残余应力在焊缝及其附近区域无论是垂直还是在平行焊缝方向的均承受压应力,且随小孔深度的增加而增加。垂直和平行于焊缝方向的残余应力呈现出周期性分布,且它们在前进侧的周期相比于后退侧较小;残余应力在焊缝两侧呈不对称分布,后退侧应力值较高,其残余应力峰值出现在后退侧轴肩作用区域边缘处,其值分别为93 MPa和100 MPa。

铝合金电阻点焊接头缺陷的搅拌摩擦修复

针对铝合金电阻点焊极易产生裂纹、缩孔等缺陷的问题,提出了基于无针搅拌摩擦热力耦合效应修复铝合金电阻点焊接头缺陷的方法.通过改变搅拌头转速和摩擦停留时间等参数,研究了热力耦合效应对裂纹及缩孔缺陷的修复效果和影响规律.结果表明,在合适的搅拌摩擦工艺下,单面处理可实现熔核内条型裂纹的修复,但缩孔缺陷仍然存在,性能没有明显改善;双面下冲处理能有效修复熔核内条型裂纹及缩孔缺陷,接头断裂方式为脆性断裂,最大拉剪力从3.20 kN增加到6.14 kN,证明搅拌摩擦热力耦合效应修复铝合金电阻点焊接头缺陷的方法是可行的.

线性摩擦焊接技术研究进展与展望

线性摩擦焊是一种优质、高效、节能、环保的固相连接技术,是解决先进航空发动机整体叶盘设计与制造的关键技术,自20世纪80年代问世以来,在国外得到了较好的发展。本文针对国内外线性摩擦焊接技术的研究与应用现状,从焊接设备、焊接试验与数值模拟角度综述了其发展概况,在此基础上,预测了线性摩擦焊接技术的发展趋势。

摩擦焊接头塑性金属流动行为研究现状

通过对摩擦焊塑性流动的研究,建立焊接参数对塑性流动的影响规律,对于确定焊接参数、优化焊接工艺、控制焊缝接头的组织和性能,进而提高焊接质量具有重要的实用价值。

2219-O铝合金厚板搅拌摩擦焊接缺陷分析

针对14mm厚2219-O铝合金在不同的焊接参数条件下进行搅拌摩擦焊接(FSW),分析了FSW典型缺陷产生的原因,以及焊接参数和搅拌头形状对缺陷形成的影响。拉伸试验结果表明,有孔洞或隧道型缺陷的接头屈服强度、抗拉强度和伸长率分别比无缺陷的接头降低了9.9%、24.0%和60.6%;有缺陷的接头拉伸断口SEM照片显示为韧-脆混合型断裂,其隧道型缺陷处断口形貌为"类蜂窝状",氧含量较高,而无缺陷的则以韧性断裂为主。显微硬度试验表明有缺陷的焊缝显微硬度总体低于无缺陷的。

工艺参数对线性摩擦焊接45#钢温度场及轴向缩短量影响的数值模拟分析

基于ABAQUS/Explicit显式有限元分析软件,采用开发的线性摩擦焊接同质接头的二维计算模型,研究了工艺参数对线性摩擦焊接45#钢接头温度场和轴向缩短量的影响。结果表明,提高振动频率、振幅、摩擦压力,界面温度能在更短时间上升至较高温度,且轴向缩短量以较快速率达到更大值,3者对计算结果的影响,统一于热输入功率;当热输入功率超过某一临界值时,缩短量与其呈线性关系。

连续驱动摩擦焊接头热力耦合过程三维数值模拟研究

采用ABAQUS软件,以连续驱动摩擦焊为研究对象,以碳钢为代表性材料,对摩擦焊接头的热力耦合过程进行了三维模拟。所采用材料模型为同时考虑应变、应变率、温度影响的Johnson-Cook弹(粘)塑性材料模型,并同时考虑材料热物性与摩擦系数随温度变化。结果表明,显式计算方法可行,计算结果与试验结果吻合较好。

焊接参数对FGH96惯性摩擦焊接头组织和高温拉伸性能的影响

固定转动惯量,使用不同的转速和摩擦压力,对FGH96高温合金进行惯性摩擦焊(IFW),分析接头组织和焊核区宽度,研究焊接参数对接头高温拉伸性能的影响。结果表明:接头焊核区(WNZ)为等轴细晶组织,热力影响区(TMAZ)粗、细晶共存,接头焊核区的细晶组织中基本没有γ′强化相;接头高温拉伸性能随转速变化较小,而随摩擦压力的增大而增加,且焊核区宽度随摩擦压力的变化规律与拉伸性能吻合,这与焊接热输入量、材料塑性流动有关;高温拉伸试件均断裂于焊核区,这是由于焊核区γ′强化相完全溶解于基体导致接头强度下降。

利用连续载荷和冲击载荷实现碳钢的摩擦冷压焊封孔焊接

设计了一种通过摩擦驱动的冷压焊实现碳钢封孔的焊接方法。填充金属设计为锥形，并设计与锥头相配合的锥孔。因此，冷压焊机制预计通过材料表面相互摩擦。达到粘着摩擦机制得以形成。实验中使用了连续载荷和冲击载荷进行封孔焊接，并根据所建立的力学模型，设计压人深度。焊后对试样进行了去应力退火，对接头进行剪切强度测试，用光镜对接头的组织形貌进行分析。结果表明：连续载荷单侧变形区厚度为20μm，冲击载荷为80μm。接头在连续载荷作用下由于疲劳的影响，不可避免地在结合面之间产生小颗粒。阻碍界面接合。而在冲击载荷作用下形成波浪型焊缝，部分原始界面相互融合．表明冷压焊机制已经形成。接头剪切强度达到母材50%-65％，在工程上有良好的应用前景。

TA2/Ni+Nb中间层/1Cr18Ni9Ti扩散焊接头的组织与性能

采用50μm纯Ni箔+10μm纯Nb箔复合中间层,在焊接温度840℃,880℃和920℃,压力4MPa以及保温时间60min的工艺下,对工业纯钛TA2和1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了真空扩散焊实验,测试了接头的抗拉强度,并利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)对接头的组织结构、元素分布以及断口形貌和相组成进行了分析。结果表明:Ni+Nb复合中间层的存在成功阻止了Fe,Ti互扩散,实现了TA2与1Cr18Ni9Ti的可靠连接,接头的拉伸强度达到261MPa,该强度主要受剩余Ni箔控制,且焊接温度的变化对其影响不大。接头所生成反应层自不锈钢一侧起分别为FeCrNi固溶体、剩余Ni,Ni3Nb,剩余Nb以及TiNb魏氏体。

2024铝合金搅拌摩擦焊焊缝区疲劳过程中的温度演变

在转速300r/min、焊速60mm/min的参数下制备了8mm厚AA2024-O搅拌摩擦焊(FSW)接头,对母材与FSW接头进行组织观察及力学性能测试,并用红外热像仪记录疲劳过程中试样表面的温度变化。结果表明:FSW接头显示出了高梯度的组织结构不均匀性,具有较好的疲劳性能,前进侧热力影响区是其力学性能薄弱区;母材试样在循环载荷的作用下表面温度变化符合"三个阶段"的明显特征,而FSW接头表面温度在第一阶段与第三阶段的变化趋势与母材相似,在第二阶段呈下降趋势,焊核区与热力影响区晶粒通过不断的循环软化积累了大量的弹塑性应变能,使机械能向热能的转化率降低。

铝合金搅拌摩擦加工原位反应生成物颗粒增强机制

在1100-H14铝合金基体表面开凹槽添加Ni粉进行搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing,FSP),利用Ni粉在搅拌过程中的碎化及其与基体的原位反应生成的高强、高硬的金属间化合物制备强化的表面复合层。结果表明,不同于添加陶瓷颗粒的FSP工艺,Ni颗粒能在搅拌过程中充分碎化,并与铝基体原位合成金属间化合物,原位自生的增强体颗粒与基体是以金属键合的方式结合在一起,因此与基体金属间具有良好的界面相容性和界面结构,能够很大程度上改善颗粒的强化效果。增强颗粒与基体结合界面的性质对复合层硬度的影响非常显著,为了提高复合层硬度,提出了通过原位反应获得颗粒/基体的高强界面的模型。

线性摩擦焊AA5083铝合金/T2纯铜异质接头特征研究

对AA5083铝合金/T2纯铜进行不同焊接压力下的线性摩擦焊试验,结果表明:焊接过程主要以铝合金的压缩变形为主,T2变形量较小。焊缝处界限分明,两侧晶粒均明显细化,铝侧细化程度更高且金属流线消失。焊缝界面可观察到明显的孔洞缺陷,且随摩擦压力的增大孔洞逐渐减小直到消失。接头拉伸强度达到T2母材的50%,接头伸长率很低,拉伸断裂均发生在焊缝区,断裂形式均为脆性断裂。微区成分分析可知,Al/Cu界面处存在厚度大约为2μm扩散层;界面附近Al侧出现以Cu粒子与金属间化合物弥散的机械混合组织,厚度在100~500μm浮动。接头强度较低的主要原因是存在界面孔洞缺陷及金属间化合物混合组织。

搅拌摩擦加工改性冷喷涂Al-12Si合金涂层的组织和性能

采用冷喷涂在碳钢基体上沉积制备了Al-12Si合金涂层,分别采用平端面和渐开线端面的无针搅拌头以950r/min转速对涂层表面进行搅拌摩擦加工(FSP)改性。采用光镜和扫描电镜对喷涂态和FSP改性后涂层的组织结构进行了表征。结果表明:采用两种搅拌头获得了不同形貌的组织,随着渐开线端面搅拌头的移动,提高了热输入,涂层中组织出现了过热造成的气孔缺陷。Si颗粒在FSP的塑性变形过程中得到了充分的混合,均匀地分散在了涂层中,分析表明沉积粒子的再分布和晶粒的细化能显著提高涂层的表面性能,此外,两种FSP搅拌头改性后涂层表面的硬度分别为113.8HV0.5和125.1HV0.5。

厚板铝合金搅拌摩擦焊温度场的检测与分析

在焊缝中埋入热电偶,检测了厚板铝合金搅拌摩擦焊缝不同特征点的温度变化曲线,获得了厚板铝合金搅拌摩擦焊温度分布的规律。检测结果表明:旋转速度ω和焊接速度v的比值(ω/v)越大,特征点峰值温度越高,同一位置前进侧的特征点峰值温度高于后退侧15℃左右。焊缝厚度方向温度曲线在升温过程中,65 s前曲线的斜率基本相同,65 s后上表面的曲线斜率最大。在降温过程中,上表面的降温快于下表面,130 s后上表面温度低于下表面。

基于ABAQUS二次开发TC4线性摩擦焊过程的数值模拟

基于ABAQUS/Standard模块,建立TC4线性摩擦焊接过程的二维有限元模型,采用网格重划分与映射技术来处理网格畸变问题,分析线性摩擦焊接接头温度场的演变和轴向缩短量的变化。结果表明:网格重划分与映射技术能较好地解决网格畸变带来的计算不收敛。焊接过程的前0.1 s内,焊接界面温度迅速升高至1000℃以上,之后接头温度渐趋均匀,接头塑性金属开始被挤出形成飞边,轴向缩短量明显增加;摩擦停止时刻(3 s),单边轴向缩短量达到最大值,约为2.7 mm。