新型双主轴搅拌摩擦焊设备结构可靠性研究

为了实现厚板铝合金等轻量化板材的高效高可靠连接,双主轴搅拌摩擦焊技术应运而生,但是目前适用于双主轴搅拌摩擦焊接的设备并不成熟。针对双主轴搅拌摩擦焊技术,设计了一种新型双主轴搅拌摩擦焊设备,利用ANSYS Workbench软件对所设计设备的机身和主轴进行了静力学分析,校核了机身和主轴的刚度与强度,并通过模态分析研究了设备的振动响应特性,验证了设备的结构可靠性。结果表明:在额定工况下,机身最大形变量0.55 mm,主轴安装位置形变量约0.20 mm;主轴最大形变量1.73μm,最大应变1.97×10^(-4),最大应力20.64 MPa。机身以及主轴的强度与刚度均满足双主轴搅拌摩擦焊连接工艺需求。主轴安装位置和丝杠等重要位置最大应力约20 MPa,远小于机身材料的许用应力。机身的1阶固有频率为53.58 Hz,主轴的1阶固有频率为3 387.0 Hz,避开了电机的工作频率,设备工作过程中振动稳定,不会发生共振现象。

双侧复合搅拌摩擦焊压电测力仪研究

针对平台式测力仪被放置在工作台上而不能测量双侧复合搅拌摩擦焊过程中焊接力的问题,设计了一款置于主轴前端的旋转式压电测力仪,并利用有限元仿真对其进行了静力学与模态分析。考虑到整套设备庞大、连线繁杂,不适用于长程焊接,设计了一块信号调理电路板内嵌于测力仪中,将传感器产生的微弱电荷信号转换放大为模拟电压信号。通过标定及实测,得到了电路板线性度误差、准确度误差等指标,结果表明其性能良好,满足压电测试需求。

6005A-T6铝合金型材双轴肩搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

采用双轴肩搅拌摩擦焊接方法对4.5 mm厚6005A-T6铝合金型材在较高焊接速度下进行了对接试验。结果表明,较高的焊接速度下仍可获得外观及性能优良的接头,但易出现隧道型缺陷及裂纹缺陷。在试验参数下,接头性能与WP(焊接速度与搅拌头旋转速度的比值)有密切关系:接头抗拉强度随着WP值的增大基本呈现先增大后减小的趋势,在搅拌头转速为1 400 r/min以及焊接速度为1 400 mm/min时获得强度较高的接头,其抗拉强度为231 MPa,是母材强度的77%。断口扫描结果显示,在试验参数下,接头断裂方式随着WP值的增大由塑性断裂逐渐变为包含沿晶断裂、韧性断裂、解理断裂的混合型断裂。

2219铝合金双主轴回抽式搅拌摩擦焊接头组织与力学性能分析

采用双主轴回抽式搅拌摩擦焊对2219铝合金板进行了焊接,分析了接头的微观组织和力学性能,探讨了搅拌针回抽速度对接头力学性能的影响.结果表明,焊缝平稳段上层试样断裂于前进侧热力影响区,靠近热影响区;平稳段下层试样断裂于焊缝中心的搅拌针端部搅动区;而回抽段焊缝断裂于后退侧热影响区,靠近热力影响区.焊接接头抗拉强度达到母材的70%,断后伸长率为80%以上;当回抽速度为6 mm/min时,断后伸长率最高.硬度最低值位于热力影响区和热影响区交界处.

铝合金双主轴回抽式搅拌摩擦焊温度场分析

采用有限元法,对2219铝合金双主轴回抽式搅拌摩擦焊温度场进行模拟.研究表明:热量自适应热源模型能够比较准确地预测铝合金搅拌摩擦焊焊接温度场.搅拌摩擦焊焊接温度循环曲线对焊缝的横向位置敏感,焊缝中心区域的温度循环曲线在高温区段会形成温度缓升的平台,平台停留时间与轴肩直径和焊接速度相关.逐渐远离焊缝中心的区域,温度循环曲线接近熔焊.搅拌针回抽过程不影响焊缝表面的温度分布,但对工件厚度方向的温度有一定的影响,随着回抽的进行,搅拌针底部与工件接触部分的中心温度逐渐降低.