搅拌头倾角对铝合金FSW过程传热传质的影响

铝合金等轻质合金由于具有较低的密度与较高的强度,在交通运载器具制造领域得到越来越广泛的应用。搅拌摩擦焊(FSW),作为低热输入的固相连接工艺,是其重要的成形工艺。其中,搅拌头倾角作为保障焊缝成型的重要参量,其对焊接过程的影响还缺乏认识。因此,本研究通过数值模拟的方式,在1.5°、2.5°与4°三组搅拌头倾角条件下,定量分析倾角对焊接过程传热传质的影响规律。在模型中考虑由倾角引起的不完全接触区域及其偏转,并采用非均匀轴向应力、滑移率和摩擦系数。发现当倾角从1.5°增加到4°时,搅拌头后方材料流动能力增强,材料向前进侧迁移的能力提升;界面热流密度增大,剪切层内粘性耗散产热率增大,焊接温度升高。

搅拌头倾角对FSW成形和接头力学性能的影响

研究了搅拌头倾角对FSW接头焊核区材料的塑性流动和接头力学性能的影响.结果表明,焊接速度一定,倾角θ小于1.5°时,在搅拌头轴肩下0.5 mm处出现隧道型缺陷,搅拌针下部的焊核金属发生沉积;随着倾角θ增大,焊核区的金属发生强烈地塑性变形和流动,缺陷逐渐消失,焊核区变宽.对焊接接头拉伸断口进行扫描电镜观察发现:当θ为2°时,在焊核区上表面位置出现'弱连接'现象.断口和力学性能综合分析表明,当θ为3.5°～4°时,焊核区宽度最大,LF5铝合金接头强度和延伸率分别达到最大值:305 MPa和16%.

汽车轮毂轴承单元轴铆合铆头倾角有限元分析

针对第3代汽车轮毂轴承单元在轴铆合装配工艺中容易出现裂纹、擦伤等质量问题,采用DEFORM-3D软件建立轮毂轴承单元有限元仿真模型。通过仿真模拟,比较在不同铆合倾角下铆合时芯轴所受最大应力、铆头所受轴向力以及内圈卡紧力的影响规律,得出了使芯轴所受应力较小、轴铆合过程中铆头所受轴向力和内圈所受卡紧力较稳定的最优铆合倾角。

TESSYS技术治疗脱垂型腰椎间盘突出症穿刺头倾角的安全范围

[目的]应用影像后处理软件(Vue PACS)行腰椎DR、CT、MRI测量经椎间孔入路TESSYS技术靶向治疗椎管内脱垂型腰椎间盘突出症的穿刺头倾角度安全范围,为TESSYS技术提供安全精确的参考数据;通过术前测定的穿刺头倾角安全范围在临床实践中验证TESSYS技术治疗椎管内脱垂型腰椎间盘突出症的安全性。[方法]选取2013年7月~2016年12月在本院接受经椎间孔入路的腰椎间盘髓核摘除手术治疗的椎管内脱垂型腰椎间盘突出症患者共59例。术前在本院Vue PACS上测量以下指标:髓核脱垂程度(MRI)、穿刺针进针深度及判断责任椎间孔是否狭窄(CT)、L_(3~4)、L_(4~5)、L_5~S_1椎间盘轻、重度脱垂的头倾角度安全范围(DR)。根据测量的头倾角范围判定是否能够达到预期穿刺目标以及手术有效率和安全性。[结果]按照术前测定的穿刺头倾角范围,所有患者穿刺均达到预定位置,手术有效率和安全性分别为90.6%、100%。L_(3~4)、L_(4~5)、L_5~S_1椎间隙头倾角安全范围中央型轻度脱垂为15°~30°,重度脱垂为40°~45°;非中央型轻度脱垂为35°~45°,重度脱垂为25°~30°。对于相同节段下不同脱垂程度及椎管内位置,其头倾角差异具有统计学意义(P<0.05)。[结论]术前可联合腰椎DR、CT、MRI初步测量并拟定穿刺进针的头倾角安全范围,即根据不同脱垂程度制定个性化手术入路,达到手术更加安全有效的目的。

不同倾角下2219铝合金搅拌摩擦焊接头的组织及力学性能

针对焊接速度为200 mm/min,转速为500 r/min,压入量为0.1~0.15 mm的情况下,研究了改变搅拌头倾角对厚度为6 mm的2219CS铝合金板材对接搅拌摩擦焊焊接接头的影响情况,结果表明:随着倾角的增大,搅拌针对接接头塑性区域的搅拌作用也呈现倾斜的状态,抗拉强度逐渐降低,由339.3 MPa降低至278.5 MPa,但当倾角为0°~4°时,对抗拉强度及显微硬度的影响不明显,降低幅度仅为3.6%;当倾角为5°时,在接头底部产生缺陷,使接头的力学性能出现致命性的破坏;显微硬度变化不明显。

搅拌摩擦焊接材料流动模型及在缺陷预测中的应用

为了研究搅拌头倾角对搅拌摩擦焊接过程的影响机理,基于DEFORM-3D软件建立了带倾角的FSW三维热-力耦合模型,模拟了搅拌摩擦焊接过程中焊缝区材料的三维运动轨迹,对比分析了有无倾角时FSW过程中材料流动行为的差异.结果表明,前进侧材料绕搅拌针旋转后大部分沉积于搅拌头后方前进侧区域,返回侧的材料大部分被搅拌头旋推至后方而沉积;采用倾角可以增强搅拌头后方材料从返回侧运动至前进侧区间的流动性,同时还有利于增强材料在厚度方向的运动能力.根据模拟的材料流动行为对接头缺陷进行了趋势预测,预测结果与试验结果吻合良好.

搅拌摩擦焊工艺参数

搅拌摩擦焊工艺参数主要有搅拌头的倾角、搅拌头的旋转速度、搅拌头的插入深度、插入速度、插入停留时间、焊接速度、焊接压力、回抽停留时间、搅拌头的回抽速度等。搅拌摩擦焊时,搅拌头通常会向前倾斜一定角度,以便焊接时搅拌头肩部的后沿能够对焊缝施加一定的焊接顶锻力。搅拌头的倾角设计指标一般为±5°,1搅拌头倾角对于薄板(厚度为1￣6mm)搅拌头倾角采用小角度,通常为1￣2°,对于中厚板(厚度大于6mm),根据被焊接工件的结构和焊接压力的大小,搅拌头的倾角通常采用3￣5°。搅拌头的旋转速度与焊接速度相关,但通常由被焊接材料的特性决定,对于特定的材料,搅拌头的旋转速度一般对应着一个最佳工艺窗口,在此窗口内旋转速度可以在一定的范围内波动,以便2搅拌头的旋转速度和焊接速度相匹配,实现高质量的焊接。据搅拌头的旋转速度,搅拌摩擦焊接可以分为冷规范、弱规范和强规范,各种铝合材料焊接规范分类如表1所示。搅拌头的插入深度一般指搅拌针插入被焊接材料的深度,但有时可以指搅拌肩的后沿低于板材表面的深度。对接焊时,焊接深度一般等于搅拌针的长度,由于搅拌针的顶端距离底部3搅拌头插入深度搅拌摩擦焊专栏TheFSW Column24现代焊接2006年第...

沿刀轴Z向控制方式摇臂铣加装C轴后的扩展应用

数控摇臂铣床加装转台C轴后再利用其摇臂做相对固定的主轴摆角即可实现摆头+摆台组合的五轴加工,从而使其加工工艺范围得到拓展,但针对摇臂铣Z轴运动控制方式的不同,其坐标转换的算法规则也不同。在使用Master CAM构建相适应的固定倾角五轴加工刀路的基础上,对沿刀轴Z向伸缩控制的机床结构模式,进行了后处理的算法修正,并通过VERICUT多轴仿真系统实施了验证。

Effect of tool tilt angle on strength and microstructural characteristics of friction stir welded lap joints of AA2014-T6 aluminum alloy

Friction stir welding(FSW)has been extensively adopted to fabricate aluminium alloy joints by incorporating various welding parameters that include welding speed,rotational speed,diameters of shoulder and pin and tool tilt angle.FSW parameters significantly affect the weld strength.Tool tilt angle is one of the significant process parameters among the weld parameters.The present study focused on the effect of tool tilt angle on strength of friction stir lap welding of AA2014-T6 aluminium alloy.The tool tilt angle was varied between 0°and 4°with an equal increment of 1°.Other process parameters were kept constant.Macrostructure and microstructure analysis,microhardness measurement,scanning electron micrograph,transmission electron micrograph and energy dispersive spectroscopy analysis were performed to evaluate the lap shear strength of friction stir lap welded joint.Results proved that,defect-free weld joint was obtained while using a tool tilt angle of 1°to 3°.However,sound joints were welded using a tool tilt angle of 2°,which had the maximum lap shear strength of 14.42 kN and microhardness of HV 132.The joints welded using tool tilt angles of 1°and 3°yielded inferior lap shear strength due to unbalanced material flow in the weld region during FSW.