顶锻压力对异种金属连续驱动摩擦焊接头力学性能的影响研究

针对顶锻压力对异种金属焊接质量影响的问题,通过在双主轴连续驱动摩擦焊机两侧主轴设置传感器对其进行监测。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)对比分析焊缝的断口形貌;基于左右两侧接头焊缝及同一焊缝不同位置的显微硬度的分析结果,总结顶锻压力对异种金属管材连续驱动摩擦焊缝力学性能影响规律,为连续驱动摩擦焊在生产中使用提供理论基础。

连续驱动摩擦焊工艺参数对钻杆性能的影响

连续驱动摩擦焊工艺是一种广泛应用于钻杆接合的高效能、绿色的工艺。本探讨的目的是考察连续驱动摩擦焊工艺参数如何影响钻杆的特性并且为改善这一工艺过程提供理论支撑。在实验过程中对诸如摩擦速率、摩擦力度、摩擦周期、形变幅度、静止间隔、锻造顶压力、锻造持续时长以及锻造形变幅度等多个因素进行了微调,并研究了这些变量如何影响钻杆的抗拉性能、抗弯性能和坚硬度。调查数据揭示这一系列加工参数的提升普遍促进了钻杆的机械特性的增强。确切地说在这些变量的增长过程中,钻柱的抗拉性、抗弯性能以及坚硬度普遍显示出一种增强的倾向。因而透过恰当挑选及调节制程参数,得以改善焊接技术,增进钻杆的功能与信赖度。

材料流动对连续驱动摩擦焊飞边形成的影响

在建立了45钢环形结构件连续驱动摩擦焊的二维热力耦合有限元模型的基础上,研究了焊接过程中的温度场与材料流动对飞边形成的影响规律.结果表明,在摩擦阶段,材料主要沿轴向流动,而径向流动基本上为0;在顶锻阶段,在大的轴向顶锻压力的挤压作用下,摩擦面边缘及其附近的材料主要沿径向向摩擦面外流动并形成飞边,且飞边的尺寸与弯曲程度随焊接时间的增加而增加.同时,增加旋转频率以及轴向顶锻压力会导致飞边尺寸与弯曲程度的增加;基于飞边形貌给出了45钢环节结构件连续驱动摩擦焊的合理焊接工艺参数.

连续驱动摩擦焊接过程的三维与二维数值模拟对比分析

建立了连续驱动摩擦焊接过程的三维和二维刚塑性热力耦合模型。在三维模型中考虑了摩擦面上环向摩擦力对摩擦焊接过程的影响。计算了GH4169合金棒材连续驱动摩擦焊接过程的温度场、应力场及变形场。将三维模型计算结果和二维轴对称模型的计算结果及试验结果进行综合对比分析。研究发现,三维模型和二维轴对称模型的温度场计算结果相差不大,并且都和试验结果吻合得很好;但与二维轴对称模型相比,三维模型由于考虑了环向摩擦力,其等效应力计算值更大,也更合理,其飞边形状和轴向缩短量的计算结果更接近试验结果。三维模型能更好地模拟摩擦焊接过程。

7A04铝合金/304不锈钢连续驱动摩擦焊及焊后热处理

对7A04铝合金与304不锈钢异种材料进行了摩擦焊接试验,并对接头进行了不同温度、不同时间的退火处理.对接头飞边形貌、抗拉强度、断口形貌、金相组织、显微硬度等进行对比分析.结果表明,采用合适的工艺参数能获得形貌良好的飞边和更好的抗拉强度,焊合区的铝合金组织发生动态再结晶,晶粒细化,组织比基材更加致密,结合面两边互有元素扩散,焊合区显微硬度高于基材.经400℃×3 h退火处理的接头其抗拉强度提升明显,界面形成了不同的金属间化合物,扩散层厚度略有增加,显微硬度值有所下降.

连续驱动摩擦焊接45钢过程温度与材料流动的3D数值模拟

以45钢为对象,研究了连续驱动摩擦焊过程的温度场以及材料流动的位移场。数值模拟结果表明,在连续驱动焊过程的摩擦阶段,摩擦界面及其附近的材料温度值逐渐增加,材料向试件外流动的位移也随之增加;在停止阶段,试件的温度峰值降低,而材料流动的位移量在大轴向压力的作用下大幅度升高;在顶锻阶段,随着界面温度值的继续降低,使材料的流动位移缓慢增加并趋向稳定。

TC4/T2连续驱动摩擦焊工艺及接头组织与性能

采用连续驱动摩擦焊实现了TC4/T2异种金属之间的焊接.结果表明,热物理性能差异显著的TC4和T2异种金属之间连续驱动摩擦焊,宜采用强规范工艺条件,即采用较大的焊接压力,较短的焊接时间;TC4/T2连续驱动摩擦焊头形成非对称飞边,摩擦压力过小,焊接热输入不足,难以形成规则的飞边形态;采用较短的I级摩擦焊接时间,可以形成紧密的TC4/T2冶金结合界面,并形成一定程度的机械咬合.TC4/T2连续驱动摩擦焊最佳工艺参数为:Ⅰ级加压、Ⅱ级加压和顶锻压力在试样表面产生的压强分别为1.4,1.8和2.1 MPa,Ⅰ级摩擦焊接时间为5 s.采用最佳焊接工艺参数,TC4/T2连续驱动摩擦焊接头抗拉强度达到母材T2的96.7%.

45~#钢连续驱动摩擦焊过程中材料流动行为与飞边形成的3D数值模拟(英文)

基于3D热力耦合有限元模型对45#钢环形件连续驱动摩擦焊(CDFW)过程中的材料流动行为与飞边形成过程进行研究,重点分析7种不同的焊接工艺参数影响摩擦界面附近材料流动与飞边形态的规律,其中焊接工艺参数包括摩擦压力、摩擦时间与旋转速度。结果表明:更高的焊接温度峰值、更宽的高温区域以及更大的轴向压力有利于增加焊接过程中的材料流动速度。在CDFW过程中,摩擦界面边缘附近的材料向接头外流动并形成飞边,且飞边尺寸与弯曲程度随着摩擦时间的延长、以及旋转速度和摩擦压力的增加而增加。对于内径50mm、外径80mm的45#钢环形件,较合理的CDFW焊接工艺参数为:摩擦压力100MPa、摩擦时间4s以及旋转速度1600r/min.

42CrMo/GH2132异种金属连续驱动摩擦焊的工艺优化

采用连续驱动摩擦焊的焊接方法对42CrMo和GH2132进行异种材料焊接。通过焊接工艺参数试验、抗拉强度试验和正交优化试验,确定了42CrMo/GH2132异种金属连续驱动摩擦焊的优佳焊接工艺参数为:2级摩擦压力7 MPa,2级摩擦时间8 s,顶锻保压压力15 MPa。汇总工艺参数,应使用"偏硬"的焊接规范来进行42CrMo/GH2132异种金属连续驱动摩擦焊的焊接。

连续驱动摩擦焊接专家系统研究

针对连续驱动摩擦焊接难以建立精确的数学模型和全参数化准确控制的特点,提出了连续驱动摩擦焊接专家系统的控制方法。介绍了该焊接专家系统的总体结构和知识库的建立方法,并提出了基于案例和数值模型计算的推理方法。软件上利用VC++6.0作为开发工具,结合SQL语言和Access数据库完成了功能的实现。

活塞杆连续驱动摩擦焊接工艺参数的设计

通过正交试验得出:在活塞杆连续驱动摩擦焊接工艺参数中,影响接头抗拉强度的主次顺序是:顶锻保压时间、顶锻压力、主摩擦压力、主摩擦时间;其优化组合为:主摩擦压力7.6MPa、主摩擦时间19s、顶锻压力14.3MPa、顶锻保压时间16s,并通过实验进行了验证,实验结果与正交试验计算结果基本一致。

铝/钢连续驱动摩擦焊接头力学性能及金属间化合物形态特征

采用连续驱动摩擦焊对1050工业纯铝和Q235低碳钢进行焊接,分别对接头的拉伸性能、室温冲击强度和弯曲试验进行分析论证,通过SEM、EDS、XRD分析接头界面金属间化合物(IMCs)的形态特征及组成。结果表明:焊接过程中焊接界面不同区域加热功率的差异导致了Fe、Al界面扩散行为的不同,最终导致界面IMCs形态的差异;界面中心区域的IMCs为细小针片状的Fe 3Al,距界面中心1/2 R处为棒状的FeAl,距界面中心2/3 R处为方棒状的FeAl 3;界面中存在的Fe 3Al和FeAl与其他富铝的IMCs相比具有更好的延展性。

液压缸连续驱动摩擦焊接的温度场模拟与试验分析

根据连续驱动摩擦焊的简化模型,推导了焊接过程的热输入数学模型;并通过热过程分析,建立了液压缸连续驱动摩擦焊接三维热分析有限元计算模型;利用有限元软件ANSYS计算获得了液压缸连续驱动摩擦焊接头温度场的分布特征。利用红外测温仪对液压缸连续驱动摩擦焊接接头温度场进行了现场测量,测量结果和数值模拟结果基本一致。

锥形端面对铝/钢连续驱动摩擦焊温度场的数值模拟研究

接头结构设计是连续驱动摩擦焊的一项重要工艺措施,对改善界面产热功率的不均匀性和提升接头力学性能有显著作用。本工作在钢侧待焊端面设计5°、10°、15°、20°、25°的锥度角,利用ABAQUS进行有限元分析,采用耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立了焊接过程的三维热力耦合模型,分析了锥度大小对接头成型、温度场分布、塑性金属形成的变化规律,并开展焊接实验,验证了计算结果的准确性。结果表明:接头宏观形貌、轴向缩短量与实验结果吻合较好,计算温度与实测数据相对误差约为3.5%~4.8%,变化趋势相同;锥形结构使界面高温区域发生移动,5°与15°接头2/3 R处温度最高,25°接头1/3 R处温度最高,产热集中位置向界面中心移动,产热集中区域宽度变窄,塑性环的位置、宽度与计算的温度场具有较好的一致性。

热电耦合对铝/钢连续驱动摩擦焊接头组织的影响机理

采用连续驱动摩擦焊技术焊接纯铝1060/Q235低碳钢异质接头,开展两个周期(30天/60天)热电耦合实验(静载392 N+高温300℃+直流60 A),研究热电耦合对铝/钢异质接头焊缝微观组织、力学性能及界面生长的影响。结果表明:原始态接头界面径向金属间化合物(IMCs)层厚度不均匀,中心区域无明显IMCs生成。热电耦合30天后界面中心生成宽度为0.3~0.5μm且以颗粒状由钢侧向铝侧弥散分布的IMCs层,整体拉伸断裂在铝母材的热力影响区。热电耦合60天后IMCs层与钢侧之间出现腐蚀沟槽,IMCs破碎,钢侧无裂纹产生,铝侧形成大量由IMCs层向铝母材内部扩展的裂纹和孔洞,焊缝及裂纹尖端处成分偏析,整体拉伸断裂在焊缝处。界面腐蚀和失效速率与界面IMCs层的厚度成正比,即v_(center)<v_(1/2 R)<v_(2/3 R)。由于原始态接头界面组织不均匀以及热电耦合实验过程中界面不同位置组织生长速率的差异,使得热电耦合后接头界面2/3 R位置出现不同断裂形貌的分界线,2/3 R内侧以准解理断裂方式为主,2/3 R外侧为韧窝断裂和准解理断裂的综合结果。

连续驱动摩擦焊接头热力耦合过程三维数值模拟研究

采用ABAQUS软件,以连续驱动摩擦焊为研究对象,以碳钢为代表性材料,对摩擦焊接头的热力耦合过程进行了三维模拟。所采用材料模型为同时考虑应变、应变率、温度影响的Johnson-Cook弹(粘)塑性材料模型,并同时考虑材料热物性与摩擦系数随温度变化。结果表明,显式计算方法可行,计算结果与试验结果吻合较好。

大直径中碳钢连续驱动摩擦焊接头组织与性能研究

采用连续驱动摩擦焊技术对45#中碳钢进行连接,采集焊接过程的摩擦扭矩,并对接头进行了显微组织观察和显微硬度分析。结果表明:转速越高,扭矩上升速度越慢,峰值越低,摩擦压力对扭矩影响不明显;摩擦焊接头由焊缝区、热力影响区和母材区组成,焊缝区为受焊后余热长大形成的粗晶组织,热力影响区为正火后的细晶组织;接头显微硬度沿轴向由摩擦界面向母材呈下降趋势,不同位置处和不同规范参数下的硬度值差异明显。

气枪气罐环缝的连续驱动摩擦焊

针对气枪气罐环缝的焊接质量问题,采用了连续驱动摩擦焊的先进技术,通过接头形式的不断改进、热平衡的综合统筹、强规范的优化设计,获得的气罐环缝飞边均匀、美观,超声波探伤结果合格,顺利通过压力试验和强度试验,焊接一次合格率达到99%以上,值得推广应用。

Cu-Cr-Zr合金连续驱动摩擦焊接头热力演变

采用热电偶—蓝牙技术测量了Cu-Cr-Zr合金连续驱动摩擦焊接头特征点的温度,并研究接头温度与组织演变的关系.结果表明,各特征点温度均存在一定程度的滞后现象;沿工件径向,2/3R区温度最高;沿工件轴向,摩擦界面处温度最高;旋转工件的温度略低于移动工件.在热力耦合作用下,接头焊合区形成细小的等轴晶粒,热力影响区晶粒被不同程度拉长,呈塑性流线.从轴心到外径动态再结晶区的宽度增加,晶粒粗化,而与其相邻的热力影响区径向塑性流动的趋势减小.此外,与旋转端相比,移动端接头具有较高的峰值温度和再结晶峰值宽度,所对应的焊合区晶粒也较为粗大.

基于CEL方法连续驱动摩擦焊接过程数值模拟

利用ABAQUS有限元软件,采用耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立了一个新的连续驱动摩擦焊接过程的三维热力耦合模型,分析了焊接过程接头成型、温度场分布、材料塑性变形的影响规律,通过与实验结果比较,验证了该模型的准确性。结果表明:接头宏观形貌、轴向缩短量与实验结果吻合较好,模拟温度结果与实测数据相对误差约为1.7%~4.8%,变化趋势相同;深塑区的位置、宽度与计算的温度场具有较好的一致性;此模型对异种金属摩擦焊接过程的计算具有潜在优势。