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。

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。

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。

钢筋预埋件连续驱动摩擦焊接头组织及性能

针对核电典型钢筋预埋件手工焊接存在效率低、工作强度大等问题,提出采用连续驱动摩擦焊接方式进行焊接,并对接头的宏观形貌、微观组织和力学性能进行了分析。结果表明:预埋件摩擦焊T形接头因焊接过程散热不均,上部飞边与下部飞边呈不对称分布,钢筋侧金属在焊接过程中发生了明显的流变。通过高倍金相观察和扫描分析,证实了焊缝界面处的“黑线”特征为正常组织而非焊接缺陷;接头焊核区组织发生了动态再结晶,为细小的铁素体+贝氏体,热影响区组织中的碳化物受热作用开始析出。顶锻量可作为衡量接头拉伸质量的参数,当钢筋顶锻量超过19 mm后,接头拉伸合格率可达100%;通过小尺寸拉伸和硬度测试发现,接头最薄弱的区域为母材,影响T形接头断裂位置的指标为焊合率,而焊合率与焊接参数(顶锻量)、焊前清理有关。

35Ni4Cr2MoA钢锻件连续驱动摩擦焊温度场及变形数值模拟研究

基于Abacus大型有限元分析软件,对35Ni4Cr2MoA空心轴环形工件连续驱动摩擦焊温度场和变形进行了模拟,对摩擦和顶锻阶段的温度场及变形规律进行了分析,并采用热电偶分析法对连续驱动摩擦焊工件表面的热循环进行了实测。结果表明,在摩擦阶段,最高温度在圆环外侧,随焊接时间增加,接触面温度不断升高,高温区域逐渐扩大,1260℃左右时界面金属发生屈服而形成焊接飞边,界面温度处于动态平衡,稳定在1260℃附近;在顶锻阶段,随时间增加,界面温度逐渐降低,高温区域缩小,温度在径向呈均匀分布,焊接飞边和轴向缩量均较摩擦阶段增大;在整个焊接过程中,界面各点温度先快速升高,后保持稳定,最后逐渐下降。热循环模拟结果与实测结果吻合较好,所建立的摩擦焊数值模型是可靠的。

K418/42CrMo异种金属连续驱动摩擦焊次生摩擦面研究

采用连续驱动摩擦焊进行K418高温合金/42CrMo异种金属的焊接,对焊接接头金相组织、元素含量等进行了分析。结果表明:焊缝处K418侧各主要元素向42CrMo侧发生扩散,42CrMo侧碳元素向K418侧发生扩散,K418侧近焊缝区形成了次生摩擦面,焊接完毕后析出带状碳化物,带状碳化物与焊缝之间的K418发生再结晶。

45钢连续驱动摩擦焊的温度场数值模拟及实验验证

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,建立了连续驱动摩擦焊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45钢连续驱动摩擦焊接头温度场的分布特征,并与用红外测温仪测得的接头温度场进行了比较,验证了模拟结果。

K418/42CrMo异种金属连续驱动摩擦焊焊接面元素扩散研究

涡轮增压器的核心部件转子轴一般由K418高温合金、42CrMo钢焊接而成,两者焊接质量直接影响到涡轮增压器的质量。采用连续驱动摩擦焊对K418高温合金、42Cr Mo钢异种金属进行焊接,对焊接接头金相组织、元素含量等进行分析。结果表明:K418高温合金、42CrMo钢焊接面冶金结合面积大,元素在摩擦面两侧发生不同程度的扩散,强规范参数效果更明显。以上研究为涡轮增压器K418高温合金、42CrMo钢异种金属焊接提供了技术参考。

基于APDL的连续驱动摩擦焊温度场数值模拟系统的设计

运用ANSYS参数化设计语言(APDL)开发了连续驱动摩擦焊温度场数值模拟的专用程序,通过人机交互界面实现了参数的快速输入和调整,自动生成模型并完成连续驱动摩擦焊温度场的分析。实现了有限元建模和分析的参数化,省去了大量重复的过程和繁琐的操作,极大的提高了分析效率。

液压缸活塞杆连续驱动摩擦焊温度场仿真分析及实验验证

利用有限元分析软件ANSYS,仿真了液压缸活塞杆连续驱动摩擦焊接头温度场,并根据仿真参数进行了实验验证。结果表明:焊接初始阶段温度急剧升高,接着升速放缓,最后趋于平衡;依据滑动摩擦机制所建立的热源模型,能够反映生热功率和焊接温度之间的反馈平衡作用,从而使焊接过程始终保持固相。仿真结果与实验结果比较吻合。

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.

“零保温”淬火温度对活塞杆连续驱动摩擦焊接头组织与拉伸性能的影响

对活塞杆连续摩擦焊接头"零保温"淬火热处理工艺进行了设计和实验,并结合热处理后接头的拉伸性能测试、显微组织观察、拉伸断口分析等,分析了"零保温"淬火温度对焊接接头拉伸性能的影响,研究表明:采用"零保温"淬火的调质热处理能够改善接头微观组织,细化晶粒,在保持良好延塑性的情况下有效提高接头拉伸强度。

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%.

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。

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.

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。