铝/钢异种金属搅拌摩擦搭接传热与材料流动行为

基于耦合欧拉-拉格朗日有限元法数值模拟了铝合金5052与高强钢DP590搅拌摩擦搭接过程中的温度场演变和材料流动行为。结果表明,有限元预测温度场和焊缝变形轮廓与实验测量结果吻合良好。当移动速度保持300 mm/min恒定不变时,随着转速由500 r/min增至1 000 r/min,搅拌区峰值温度位置由前进侧的轴肩后方的铝合金表面转移至搅拌针底部与钢搅拌区的界面,峰值温度由545℃增加至635℃;在焊接过程中,前进侧温度始终高于后退侧温度,与转速无关。采用示踪粒子法研究材料迁移轨迹,发现前进侧铝合金从更靠近搅拌针的内侧剪切层绕过搅拌针填埋在搅拌针前进侧后方,而后退侧铝合金主要迁移至搅拌针后退侧后方,迁移轨迹比较发散;搅拌针作用在铝/钢搭接面,驱使前进侧钢材料迁移至搅拌针后退侧后方,并在垂直方向上挤入上侧铝合金焊缝区。随着搅拌针转动,由前进侧迁移至后退侧的钢材料最终促使后退侧形成尺寸较大的钩状结构。相比于铝合金侧,转速的增加更为显著地加强了钢表面的材料流动。

Ti6242合金线性摩擦焊及焊后热处理接头显微组织与力学性能的多尺度表征

通过线性摩擦焊技术对一种近α钛合金(Ti6242)进行连接,并进行焊后热处理。为了研究显微组织演变并建立显微组织与接头力学性能的关系,对焊态与焊后热处理的两种接头进行多尺度表征。结果表明,两种接头的断裂位置均位于母材,而经焊后热处理的接头在焊缝与热力影响区的硬度进一步提升。经过热处理后焊缝处的等轴晶粒中产生薄片状的α相集束,而热力影响区处的马氏体相分解为(α+β)相,从而提高焊接接头处的硬度。

45钢/304不锈钢连续驱动摩擦焊接工艺

异种材料焊接结构以其在力学性能、耐腐蚀性等多方面的综合优势,而被广泛应用到装备制造中.针对电机行业中的应用需求,采用连续驱动摩擦焊接实现了45钢和304不锈钢异种钢棒材的优质高效连接,通过工艺优化试验获得了成形以及性能良好的焊接接头.结果表明,在焊接界面处有碳化物层的形成,45钢侧有很薄的铁素体层出现,304不锈钢侧奥氏体晶粒发生了细化,但热影响区内晶粒发生粗化.焊态试样抗拉强度达到870 MPa,拉伸断裂在焊缝界面,为脆性断裂,但微观上有韧窝断裂和准解理断裂两种断裂机制.

电弧能量匹配对前后列置双TIG高速焊接焊缝组织与性能的影响

对厚度为1.2 mm的304奥氏体不锈钢板进行前后列置双TIG电弧高速焊接工艺试验,通过对焊缝宏观形貌、组织和拉伸性能进行分析,评定前置电弧能量和后置电弧能量大小匹配对焊缝组织与性能的影响.结果表明,前置电弧能量较高的焊缝中心晶粒平均直径相比母材降低约33.9%,相比后置电弧能量较高的焊缝中心晶粒平均直径降低约26.1%,热影响区晶粒平均直径降低约18.1%.前置电弧能量较高焊缝相比后置电弧能量较高的焊接标准试样抗拉强度提高约7.9%,断后伸长率提高约33.3%,说明前置电弧能量较高有助于获得较高性能的焊缝.

惯性摩擦焊接技术及其在航空工业领域的应用

惯性摩擦焊接技术作为先进的固相焊接工艺,以其独特的技术优势在高性能材料、特殊结构的连接上得到了广泛应用,现已成为航空发动机转子部件制造的核心技术。近年来航空发动机向着高性能、轻量化的方向发展,对惯性摩擦焊接技术的运用提出了新的挑战。国内外研究者围绕惯性摩擦焊接开展了大量的工艺及基础理论研究,部分结果已经在新型航空发动机转子部件的制造上成功运用。阐述了国内外惯性摩擦焊接工艺及其基础理论的研究进展,并介绍了该技术在航空领域的实际应用。

线性摩擦焊接热力耦合行为及其研究现状

线性摩擦焊接技术作为一种典型的固相连接技术,以其自身绿色、高效、优质的技术优势,已经成为当今国际上高性能航空发动机整体叶盘的关键制造技术。线性摩擦焊接是在方向交变的振动摩擦作用下将机械能转变为热能,使材料达到高温塑性状态实现焊接的过程,其中热力耦合是摩擦焊接过程的核心,其行为决定了线性摩擦焊接头组织和性能。通过总结线性摩擦焊接过程中热力耦合行为及其相关研究方法,较为全面地阐述了线性摩擦焊接热力耦合各个物理场的国内外研究现状,为进一步开展线性摩擦焊热力耦合分析提供指导,最后讨论了线性摩擦焊接热力耦合研究中的不足与发展前景,以期为今后研究提供参考借鉴。

线性摩擦焊接技术及其在航空航天领域中的应用

线性摩擦焊作为常用的固相焊接工艺,以其独特的优势在高性能材料、特殊结构的焊接上得到了广泛的应用,在航空航天领域中结构整体化设计及制造中发挥着越来越重要的作用,近些年来获得了快速发展。国内外研究人员对线性摩擦焊接工艺及基础理论进行了大量的研究,并且在航空航天领域特别是航空发动机整体叶盘制造方面获得了成功应用。文中综述了国内外线性摩擦焊接工艺开发和理论研究方面的进展及其在航空航天领域的应用现状,并对存在的问题和发展方向进行了讨论。

Parametric optimization and microstructural characterization of friction welded aeronautic aluminum alloy 2024

Continuous drive friction welding was employed to join the aeronautic aluminum alloy 2024.Parametric optimization and microstructural characterization were investigated.Results show that friction pressure is the most significant factor influencing the tensile strength of joints.To obtain a high joint efficiency,the combination of moderate friction pressure,less friction time and higher upset pressure is recommended.The optimized joint efficiency from Taguchi analysis reaches 92% of base metal.Under the optimized experimental condition,the interfacial peak temperature is calculated analytically in the range of 779-794 K,which is validated by experimental data.Fine recrystallized grains caused by the high temperature and plastic deformation are observed in the friction interface zone.The grain refinement is limited in the thermo-mechanically affected zone,where most of matrix grains are deformed severely.The extensive dissolution and limited re-precipitation of strengthening phases result in a lower microhardness in the friction interface zone than that in the thermo-mechanically affected zone.

Numerical analysis of thermal process in continuous drive radial friction welding

A heat source model for radial friction welding was proposed, which was determined by friction pressure, friction coefficient, material properties and extrusion speed of material. A 3D model was established to analyze the continuous drive radial friction welding temperature field of 45 steel pipe. The influences of friction pressure, friction time and rotation speed on the temperature of the friction interface were analyzed. The results showed that the temperature on the friction interface rapidly rose to a peak temperature in initial friction stage and kept constant in the stable friction stage. Welding parameters of friction pressure, friction time and rotation speed had few influences on the peak temperature, while the increase of frlctlon pressure and rotation speed could shorten the time to reach the peak temperature.

铝/钢异种金属MIG电弧熔-钎焊接界面应力演变数值分析

基于搭接结构造成的电弧热源非对称分布和过热熔滴热焓的热作用特征,建立非对称型四椭圆面热源和均匀体热源的组合热源,并基于热-弹-塑性有限元理论,数值分析1mm厚5052铝合金和2mm厚镀锌钢搭接接头MIG电弧熔-钎焊接应力应变场演变,讨论残余应力分布特征。计算结果表明,随着到焊缝中心的距离增加,镀锌钢母材近钎焊缝区域所受内应力由压应力逐渐转为拉应力。铝侧焊缝区域的残余应力表现为等于室温铝合金屈服强度的拉应力,在焊根处降低为零或转变为压应力。钎焊界面两侧存在较大的残余应力差,不同焊接热输入下界面两侧焊接残余应力差的分布均呈n形,并与钎焊界面剪切强度呈负相关,随着热输入的增大,界面残余应力差增大,而接头剪切强度逐渐下降。