2014铝合金搅拌摩擦焊接过程数值模拟

将搅拌摩擦焊接过程中材料的流动看作是层流、粘性、非牛顿流体绕过旋转的搅拌头探针,并基于流体力学理论,建立了三维搅拌摩擦焊缝金属塑性流动的数值分析模型。提出了一种联合粘度场、速度场对焊接区域进行划分的方法:搅拌头周围的η0(材料粘度值)内易流动区域对应于焊核,η0外围与η1粘度带之间的区域对应于TMAZ区。三维模拟中材料的垂直方向流动与“标记嵌入技术”流变可视化试验结果吻合较好:靠近探针的区域内,回撤边中下部的材料向上运动,前进边中下部材料向下运动。焊接速度过高,搅拌头轴肩与探针过渡处的易流动区容易发生材料的分离运动,实际焊接中在此处容易产生空洞缺陷。

二维搅拌摩擦焊接过程的数值模拟

将搅拌摩擦焊接过程中材料的流动看作是层流、粘性、非牛顿流体绕过旋转的圆柱体,并基于流体力学理论,建立了二维搅拌摩擦焊缝金属塑性流动的数值分析模型。计算结果表明:只有很少一部分靠近搅拌头探针的材料在焊接过程中受到探针的作用而发生变形,直接影响到材料的流动;在大多数的模拟条件下,探针直径范围内的材料仅仅在回撤边一侧沿旋转方向绕过探针,而不是在探针两侧绕流;绕过探针以后,焊缝金属材料又以恒定的速度,继续向前移动;变形区域内流变材料的流动速度大于探针直径范围外流变材料的流动速度。采用“标记嵌入技术”对焊缝金属流动进行了可视化研究,并对实验结果与模拟结果进行了验证,模拟结果能很好地预测塑性金属流动趋势。

CO_2焊接弧长控制模型

通过对CO2焊接的弧长控制进行了研究,提出了通过同时调节送丝速度和弧焊电源输出电压来保证焊接弧长基本不变的方法。根据能量定律、欧姆定律等基本定律,以及电弧静特性、电弧物理特性及焊缝成形基本原理,建立了CO2焊接过程中电弧电压、电流等主要参数的数学模型。试验表明,当焊接工件与焊炬喷嘴之间的距离发生较大变化时,根据模型进行调节,可以保证不同干伸长条件下焊接电弧弧长基本不变,焊缝成形基本一致。

三维搅拌摩擦焊接过程数值模拟

将搅拌摩擦焊接过程中材料的流动看作是层流、粘性、非牛顿流体绕过旋转的圆柱体,并基于流体力学理论,建立了三维搅拌摩擦焊缝金属塑性流动的数值分析模型。计算结果表明,在焊缝上部表面附近,由于搅拌头轴肩的影响,材料流动比较混乱,发生多次绕流现象;焊缝下部材料流动规律性较明显:只有很少一部分靠近搅拌头探针的材料在焊接过程中受到探针的作用而发生变形和流动,在大多数的模拟条件下,探针直径范围内的材料仅仅在回撤边一侧沿旋转方向绕过探针。焊缝中部具有底部和上部材料的流动特点,是探针和轴肩共同影响的结果。采用“标记嵌入技术”对焊缝金属流动进行可视化研究,试验结果与模拟结果进行了验证,模拟结果能很好地预测塑性金属流动趋势。

搅拌摩擦焊接过程流体数值模拟概述

为了对搅拌摩擦焊接机理有进一步的理解,需要对FSW过程中塑性材料的流体流动进行深入研究。搅拌摩擦焊接过程的数值模拟是研究FSW过程中塑性材料流体流动的一种重要手段。介绍了FSW过程数值模拟的一些研究进展,对资料中建立的模型和模拟结果进行了简要的描述。