无匙孔搅拌摩擦焊材料流动行为的研究

针对搅拌摩擦焊焊缝末端存在匙孔的问题,使用无匙孔搅拌摩擦焊工艺进行焊接试验,并使用Fluent软件建立了无匙孔搅拌摩擦焊材料流动的模型。通过焊接接头横截面形貌和数值模拟结果研究无匙孔搅拌摩擦焊过程的材料流动行为。观察焊接接头的横截面可以发现,搅拌区呈上下窄而中间宽的鼓形,热机影响区呈带状分布在搅拌区两侧和下方,外侧是呈盆形的热影响区。数值模拟结果表明,材料高速流动区域主要集中在套筒侧面,套筒内部材料在高速旋转产生的离心力作用下向下流动。提高搅拌工具转速和降低焊接速度可以扩大材料高速流动区域,有利于减少根部弱连接区域的高度;试验结果与数值模拟结果吻合良好。

焊前预热对回填式搅拌摩擦点焊过程的影响

在回填式搅拌摩擦点焊的摩擦阶段,搅拌工具需与母材摩擦产热使母材软化,减少在随后下扎阶段套筒下扎的阻力。为了使摩擦阶段的母材在短时间内充分软化,提出焊前预热的辅助工艺。使用Fluent软件对点焊过程进行仿真,研究不同预热温度对温度演变规律及材料流动行为的影响。结果表明,预热有助于提高焊点温度峰值,减少下扎阶段阻力;预热至227℃时,焊点处材料达到400℃的时间减少至3s,有效地减少摩擦阶段的时间。同时,提高预热温度使得材料流变应力进一步降低,扩大了材料高速流动区域范围。

转速对Al/Mg异种合金超声-静止轴肩辅助搅拌摩擦焊接头的影响

采用超声-静止轴肩辅助搅拌摩擦焊技术对3 mm厚6061-T6铝合金和AZ31B镁合金进行焊接,并研究转速对接头成形、显微组织和拉伸性能的影响。结果表明,焊核中存在大量铝/镁合金混合后形成的夹层状组织,随着转速的升高,夹层组织先细化后又出现增大趋势。铝/镁界面形成的复杂互锁结构可延长界面连接长度,界面互锁程度随转速增大而提高。接头拉伸强度随着转速的增大呈现先上升后下降的趋势,并在1000 r/min转速下达到最大值131 MPa。

基于套筒外壁沟槽改善回填式搅拌摩擦点焊过程材料流动行为的研究

较差的沿板厚材料流动行为是导致回填式搅拌摩擦点焊接头中出现孔洞缺陷和未填充缺陷的重要原因。鉴于此,提出在组成焊接工具的套筒外壁开设倾斜凹槽的思想,建立了点焊过程材料流动的有限元模型,其合理性通过试验进行了验证。研究结果表明,套筒外壁及端面附近的材料流动速度大于套筒内壁附近材料流动速度。套筒外壁凹槽可以促进材料向下流动,随着凹槽数量的增加,材料向下流动的趋势逐渐加强。套筒外壁附近的材料向下流动促使远离套筒的材料向上流动,形成材料流动的循环。

RFSSW套筒外壁形貌优化设计及材料流动规律研究

对于回填式搅拌摩擦点焊工艺,套筒的最大下扎位置和套筒回抽路径上容易形成因材料流动不足而导致的孔洞和未填充缺陷,而套筒形貌是影响焊接过程中材料流动的主要因素。提出在套筒外壁开设倾斜凹槽的方法,在试验验证有限元模型正确性的基础上,利用数值模拟的方法对凹槽影响材料流动行为的规律进行分析。研究结果表明:倾斜凹槽有助于提高材料向下流动的速度。随着凹槽宽度增加,材料最大向下流动速度下降而材料高速向下流动的区域变大,当套筒宽度为0.75mm时,套筒促进材料向下流动的效果最为明显。