Al/Ti异质合金回填式搅拌摩擦点焊数值模拟

采用耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)算法对2 mm厚的5A02铝合金/TC4钛合金板异质金属回填式搅拌摩擦点焊过程展开模拟研究,分析了旋转速度和停留时间对焊点成型过程中温度场、等效塑性应变场以及材料流动的影响。结果表明,在扎入初期,热累积作用明显,升温速率相对较快,随焊接过程进行,产热会由摩擦产热转变为摩擦和塑性变形共同产热,升温速率放缓。当搅拌头转速为2000 r/min、扎入速度为1 mm/s、扎入深度为1.9 mm、回填速度为1mm/s、停留时间为0 s时,铝合金焊核区温度峰值达到558℃,等效塑性应变峰值达到120。在模拟的工艺区间内,焊核区峰值温度与旋转速度呈正相关,停留时间对温度的影响并不明显。

TiC颗粒增强FeCrCoMnNi基复合材料的微观组织与力学性能

采用机械球磨和放电等离子烧结制备了TiC颗粒增强FeCrCoMnNi高熵合金基复合材料,研究了TiC质量分数和烧结温度对复合材料组织性能的影响。结果表明,随着TiC质量分数的增加,复合材料中由C和Cr反应形成的M_(23)C_(6)碳化物的数量也增加,复合材料由面心立方基体、TiC和Cr_(23)C_(6)碳化物组成。1000℃烧结制备的复合材料中,当TiC质量分数在1%~9%时,陶瓷颗粒增强相在复合材料中的分布较为均匀。烧结温度对组织性能有较大影响,1000℃和1050℃烧结制备的复合材料组织均匀,具有较佳的力学性能。添加7%TiC的复合材料硬度和室温屈服强度分别是未添加TiC复合材料的2.5倍和3.0倍,这得益于TiC和Cr_(23)C_(6)碳化物硬质相的强化作用。

石墨与金属焊接技术研究现状

石墨与金属焊接是实现材料性能优越化的有效途径。从介绍石墨与金属焊接技术需求和难点出发,重点综述了石墨与铝合金、铜合金以及其他合金钎焊、扩散焊连接领域的研究进展,总结了钎焊、扩散焊技术实现石墨与金属有效冶金结合的机理,分析了活性钎料在钎焊过程中的作用以及润湿性研究成果,简单概括了石墨与金属的连接性能,最后指出了当前焊接存在的问题、钎焊和扩散焊技术未来的发展方向,为进一步深入研究及工程应用提供理论基础及技术支撑。

TA15钛合金焊接热影响区组织演变的数值模拟

基于相变热力学和动力学经典理论,构建了TA15焊接热影响区β-α相变组织演变元胞自动机模型,并将其应用于不同焊接热影响区位置不同冷却速度的TA15组织演变模拟.该模型考虑了冷却速度对相变过冷度和固溶体溶解度、相变形核率以及相界面迁移率的影响,充分体现了焊接快速冷却过程的相变组织演变规律,计算结果表明,在临界冷却速度范围内,冷却速度越快,扩散型相变组织产物越细小,新相长大速度越快,但最终相变分数降低.综合考虑工艺、组织与力学性能的关系,通过模拟获得最佳焊接工艺应为中等热输入.

焊接热循环和变形历史相关的A7N01-T6本构关系

建立了与焊接热循环温度和热变形历史相关的铝合金本构关系,利用MSC.MARC二次开发接口和Fortran语言,以塑性变形有限元计算增量理论为基础,开发了适用于焊接过程的材料本构关系用户子程序.采用弹塑性(混合硬化)和蠕变性质(应变软化)描述低温应变硬化特征和高温动态回复及再结晶引起的应变软化特征,不同温度的本构关系形式一致而参数不同.结果表明,焊件的残余应力和应变结果与理论结果吻合良好.与采用理想弹塑性本构关系相比,采用新开发的本构关系,高温应变软化和低温应变硬化导致等效残余应力基本不变,纵向残余压缩塑性应变较大,相应的焊接残余变形也较大.

镁锂合金搅拌摩擦焊及电子束焊研究

对一种新型α+β双相镁锂合金的搅拌摩擦焊及电子束焊进行了实验研究,为该合金在精密制造领域的应用提供参考。利用金相显微镜、扫描电镜和显微硬度测试探明接头显微组织和力学性能的演变规律和特点。结果表明,在合理的工艺参数下,镁锂合金搅拌摩擦焊接头焊核区α+β双相都得到了明显的细化,演变为等轴晶,且α相体积分数相对减少。在焊接速度为15 mm/s,聚焦电流为500~540 mA,焊接电流为8~10 mA时,5 mm厚镁锂合金电子束焊焊缝完全焊透,焊缝区域由细小的等轴晶组织组成,α相分布更加弥散,呈网状分布在β晶界上。两种工艺下焊缝区显微硬度(HV)较母材均提升了13左右。综上,采用搅拌摩擦焊及电子束焊均可实现外观成型、组织以及性能优良的镁锂合金连接。

铝合金搅拌摩擦焊液冷流道承压力学模型

为了实现液冷组件的可靠性设计,并且缩短液冷流道结构的设计周期,文中在通过力学仿真计算获得大量仿真数据的基础上,探索了流道承压共性规律,明确了液冷流道承压最大应力响应的影响因素及影响规律。结果表明,搅拌摩擦焊液冷流道内部的最大等效应力与盖板厚度呈反比,与盖板承压宽度的平方呈正比,与内压呈正比,在此基础上,建立了液冷流道承压力学模型σ=KPL2H-1,其中,对于铝合金液冷组件,K=0.243 mm-1。该承压力学模型为液冷组件提供了力学设计依据,根据液冷组件流道内压可以快速明确其几何尺寸,大大提高了设计效率,且广泛适用于采用其他焊接方法制造的同结构类型的液冷组件。

TA15钛合金搅拌摩擦焊金属流动的有限元模拟

本文采用有限元分析软件DEFORM-3D对TA15钛合金搅拌摩擦焊(FSW)过程中搅拌头周围金属的流动进行了数值模拟。经模拟,当焊接参数选取旋转速度为800 rmp,焊接速度为36 mm/min时,搅拌头周围金属的流动整体呈现漏斗状,与搅拌头外形轮廓相似,而且金属的流动关于焊缝中心并不对称。金属的流动速度随着其与搅拌头中心线径向距离的增加而增加,并且随着焊件厚度的增加,金属的流动能力逐渐越弱。对焊接工艺参数的作用分析发现,旋转速度和焊接速度的大小影响焊接过程的热输入,在一定范围内,随着旋转速度的增加,热输入量增加,金属的流动能力增强,焊缝成形就较好;在一定范围内,随着焊接速度的降低,也表现出类似的特征。

纳米贝氏体钢TIG焊接头组织和性能

采用TIG焊接方法对1 500 MPa级纳米贝氏体钢进行焊接.利用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对焊接接头的微观组织和断口形貌进行了观察与分析,通过硬度测试与拉伸试验考察了接头的力学性能.结果表明,纳米贝氏体钢的焊接性较差,TIG焊焊缝和淬火区组织为淬硬的马氏体,硬度高达1000 HV;焊缝偏析严重,在枝晶间出现残余奥氏体;焊接接头出现冷裂纹,且为沿晶脆性断裂;回火区析出大量碳化物,主要为M7C3(M表示Fe,Cr,Mn)和渗碳体Fe3C,并随着回火温度的升高,碳化物析出量增大,成为焊接接头的又一薄弱环节.

高硅铝合金T/R盒体激光封焊应力分析及优化设计

采用有限元软件MSC.Marc对高硅铝合金盒体焊接残余应力和真空服役状态下的内压应力进行分析,提出了封装盒体的优化设计方法.考察了盒体形状、尺寸和盖板厚度对内压应力的影响规律,结果证明,内压应力随着短边边长的增大而增大,随着盖板厚度的提高而减少,基本不受长边边长变化的影响,指出窄长型盒体是提高盒体面积和降低内压应力进而提高可靠性的发展方向.分析了试验用盒体的内压应力和残余应力叠加后的服役应力特点并进行了可靠性分析,指出内压应力和焊接应力的最大应力不在同一方向上,叠加后的等效应力小于两者加和.讨论了盒体的极限尺寸,验证了试验用盒体服役状态下是可靠的.

偏析对纳米贝氏体钢再纳米化焊缝组织性能的影响

采用扫描电镜、透射电镜TEM和电子背散射衍射EBSD分析了焊接偏析对纳米贝氏体钢再纳米化焊缝中的残余奥氏体的影响.结果表明,焊接偏析导致了粗大奥氏体的形成,该粗大奥氏体集中分布于枝晶间位置.粗大奥氏体的含碳量低于块状奥氏体,稳定性降低.母材残余奥氏体尺寸为亚微米级且均匀分布,而焊缝残余奥氏体的平均晶粒尺寸为微米级,且分布不均匀.焊接偏析导致的焊缝残余奥氏体的变化对焊缝延伸率有重要影响.力学测试结果表明再纳米化焊缝强度与母材相当,延伸率明显小于母材.

纳米贝氏体钢再纳米化焊接接头组织和性能

采用TIG焊方法对纳米贝氏体钢板进行表面堆焊并快速进行再纳米化处理,通过SEM和TEM观察了焊接接头不同区域的组织特征和形态,使用XRD和TEM电子衍射花样对各种相进行鉴定,并获得相应相的含量,采用拉伸试验和硬度测试获得了再纳米化焊接接头的力学性能.结果表明,经过再纳米化处理,纳米贝氏体钢焊缝区和淬火区组织转变为纳米级片层状的贝氏体和奥氏体,其中焊缝奥氏体含量为13%,而且淬火区片层厚度与母材相当约为70 nm,焊缝区片层厚度大于母材约为300 nm.力学性能测试结果表明,再纳米化焊接接头抗拉强度为1 500 MPa,硬度为7 000 MPa,与母材相差无几,其中接头断裂位置为回火区,是由于回火区析出大量碳化物导致的.

某毫米波缝隙波导天线真空钎焊工艺

毫米波缝隙波导天线精度要求高,真空钎焊焊后易产生焊接变形,且焊料漫溢后易在波导腔内形成堆积导致天线驻波恶化。通过选择合适的焊接材料、优化焊接工艺参数及工装,解决了焊接变形大和焊料漫溢严重的问题,获得了低驻波比天线,对毫米波缝隙波导天线加工具有一定指导意义。

Al/Mg异质金属FSpW过程热-力耦合扩散机制

文章构建了原子扩散计算模型用于摩擦焊条件下金属基体原子扩散系数的数值计算,以铝/镁异质金属回填式搅拌摩擦点焊(FSpW)连接为例,从理论上分析了动态再结晶过程中的原子扩散机制,定量评价了形变诱导的过饱和空位增强扩散效应和位错管道扩散效应。探索了快速扩散通道(晶界、位错、空位)对原子扩散的影响,结合焊点热变形计算,建立了原子扩散与热变形之间的定量关系,从而明确了Al/Mg异质金属搅拌摩擦焊过程原子热-力耦合超扩散机制。在FSpW界面Al原子和Mg原子扩散层厚度测量的基础上,基于Fick定律反推获得界面处原子扩散系数。经过对比发现,采用原子扩散系数模型计算结果与根据扩散层获得界面原子扩散系数拥有相同数量级。

回填式搅拌摩擦点焊接头界面迁移及hook缺陷演变研究

以AZ31镁合金为研究对象,利用Deform-3D有限元软件建立了回填式搅拌摩擦点焊数值模型,研究了回填式搅拌摩擦点焊焊接过程中温度场的分布和特征点的热循环以及焊接接头界面迁移与缺陷演变。结果表明,回填式搅拌摩擦点焊的温度场分布呈现中间高、四周低的特点,在搅拌套下方,等温线较为密集,远离焊点区域,等温线越稀疏。搅拌区内局部区域达到了镁合金再结晶温度,发生了动态再结晶。对回填式搅拌摩擦点焊接头界面迁移及hook缺陷演变进行定量分析。结果表明,随着焊接过程的进行,点焊接头界面发生迁移,在扎入阶段上升到最高点,回填阶段下降到接近于初始界面位置。扎入阶段并未形成hook缺陷,在回填阶段hook缺陷开始形成,并且随着焊接过程的进行,hook的高度值越来越大。

基于有限元分析和断裂准则的FOD易折杆设计

机场跑道异物(Foreign Object Debris,FOD)探测系统易折杆设计是保证探测系统有效工作的关键,对防范FOD引起的机场安全风险具有至关重要的作用。文中以FOD探测系统支架易折杆为研究对象,提出在圆管上开半圆形缺口的设计方案以实现易折杆易断和耐疲劳的综合力学性能。通过有限元模拟方法,分析了不同圆角半径、圆管壁厚和缺口形状的易折杆在不同工作载荷下的应力应变状态。结果表明,随着缺口半径增大或壁厚减小,缺口根部应力水平提高,能够使易折杆在受到飞机撞击时快速断开,具备易折特性,但会降低疲劳寿命;反之会增加疲劳寿命,但不容易实现易折特性。合理调节壁厚和圆角半径,可以使易折杆具有易断性和耐疲劳的综合力学性能。

球墨铸铁表面堆焊Inconel 625高温合金的微观组织与性能

为了改善球墨铸铁的耐蚀性能,采用冷金属过渡焊(CMT)工艺,在球墨铸铁表面熔覆了一层厚度为2~3 mm的Inconel 625高温合金涂层,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射分析和EDS能谱等方法对试样截面的组织结构进行了表征,并对堆焊试样截面的显微硬度和界面结合性能等进行了研究。结果表明,部分熔化区(PMZ)为莱氏体和马氏体组织及少量未完全溶解的石墨相,而热影响区(HAZ)由珠光体和少量马氏体组织组成,熔覆层组织从熔合线至表面依次为胞状晶、柱状晶、树枝晶和等轴晶组织,相邻两道焊缝间存在重熔的均匀等轴晶区。界面区基本未发生明显的元素扩散迁移,稀释率小。熔覆层显微硬度明显高于基体,界面结合强度高于380 MPa,剪切断口形貌分析表明,断裂机制为脆性和韧性混合断裂;熔覆层耐腐蚀性高于基体。

集成固相焊接方法在液冷板制造中的应用

为了提高6063铝合金翅片式大宽度流道液冷板的散热性能和焊接可靠性,满足雷达系统功放组件高集成、大型化带来的热耗快速增加的散热需求,文中提出采用2种固相焊接方法(扩散焊和搅拌摩擦焊)集成完成液冷板的制造方案,明确了集成焊接方法的工艺性结构设计要求,验证了工艺制造路径,仿真分析了集成焊接方法对结构刚性的影响。结果表明,集成焊接方法能够实现液冷板的高质量焊接,焊后结构刚性得到大幅提高。某功放组件采用集成固相焊接方法成功成型了液冷流道,其焊接质量满足设计要求,在1.5 MPa服役压力下的流道表面变形量仅为0.015 mm。

B_(4)C-TiB_(2)-SiC-TiC复合陶瓷钎焊接头微观组织与力学性能

采用Ag-Cu-Ti钎料及Ag-Cu-Ti+B_(4)C复合钎料对高性能B_(4)C-TiB_(2)-SiC-TiC(BTST)复合陶瓷进行了钎焊连接,分析了Ag-Cu-Ti钎料在复合陶瓷表面的润湿行为,研究了钎焊温度、保温时间以及B_(4)C含量对接头界面组织及力学性能的影响。结果表明:钎料对BTST复合陶瓷具有良好的润湿性,界面反应主要发生在Ti与复合陶瓷之间,反应产物主要为TiC和TiB。钎焊温度和保温时间显著影响钎焊接头的界面组织和力学性能。随着钎焊温度的提高或保温时间的延长,BTST复合陶瓷侧界面反应层逐渐增厚,钎缝组织趋向于形成Ag-Cu共晶组织,钎焊接头弯曲强度先升高后降低。随着钎料中B_(4)C含量的增加,接头中陶瓷侧反应层厚度急剧降低,钎缝区域组织得到细化,接头强度先升高后降低。当添加B_(4)C颗粒含量(质量分数)为1%,钎焊温度890℃,保温时间15 min时,钎焊接头弯曲强度最高为314.2 MPa。

雷达铝合金液冷壳体电子束焊接裂纹分析

液冷壳体是电子设备中的关键部件。某雷达壳体水道采用深孔钻+电子束焊成形,要求满足1.5 MPa 30 min无泄漏。文中针对产品实现过程中发现的浅表裂纹,使用原子发射光谱仪及偏光与非偏光结合的拼图模式对材料成分、接头宏观形貌和微观组织进行了分析。结果表明,浅表裂纹出现在修饰焊的区域内,沿着熔合线分布。较大的热输入和过度拘束是导致浅表裂纹的主要原因。