基于CEL方法的异种合金搅拌摩擦搭接焊数值模拟

基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法,建立铝-镁异种合金搅拌摩擦搭接焊(FSLW)的数值模型,分析了等效塑性应变分布特点和焊接缺陷的形成。结果表明,焊缝表面的等效塑性应变明显高于搭接面,且焊缝两侧的等效塑性应变分布明显不对称。增大转速可提高等效塑性应变。当转速从1400 r/min增大为1600 r/min时,搭接面的等效塑性应变整体增幅不大,此时增大转速对塑性变形影响较小,但前进侧等效塑性应变明显高于后退侧。在转速1000 r/min条件下,通过数值模拟发现,搭接面前进侧出现孔洞缺陷;转速分别为800 r/min和1400 r/min条件下,通过数值模拟分析了焊缝表面飞边的特点,并通过试验验证了孔洞和飞边。在搭接量60 mm、转速1400 r/min、焊速120 mm/min的条件下,能够观察到在焊核区中心存在等轴晶粒以及2种材料结合面处的沿晶粒生长方向的柱状晶。

基于RBFNN-ACO的铝合金搅拌摩擦搭接焊工艺参数优化

采用尖部半螺纹搅拌针进行6151铝合金搅拌摩擦搭接焊试验,并基于径向基神经网络与蚁群算法相结合的方法优化工艺参数,达到改善搭接界面结构特征,进而实现最大化接头承载能力的目的。研究结果表明,当转速、焊速和下压量分别为1504 r/min、207 mm/min和0.12 mm时接头的拉剪载荷最大达5.06 kN/mm,比优化前的最大拉剪载荷提高了6.08%。径向基神经网络与蚁群优化算法相结合的智能方法为优化焊接工艺参数,进一步提高铝合金搅拌摩擦搭接接头强度提供了一种有效途径。

2024-T351铝合金搅拌摩擦搭接焊接头疲劳性能与寿命预测

通过实验观察2024-T351铝合金搅拌摩擦搭接焊接头焊缝附近区域的焊缝横截面形貌及金相组织。观察表明搅拌摩擦搭接焊接头前进侧与后退侧存在形状不对称的钩状缺陷。将搅拌摩擦搭接焊接头在MTS材料实验机上进行恒幅疲劳加载,得到名义应力幅S-N曲线。根据实验结果建立搭接接头的弹塑性有限元模型,利用SWT疲劳损伤公式和应力集中区域循环应力应变有限元分析结果数据,预测搭接接头疲劳寿命,并将寿命预测结果与实验结果进行对比。结果表明:在低周疲劳寿命范围内,采用SWT疲劳损伤公式对搅拌摩擦搭接焊接头的预测结果与实验结果接近,误差均在2个因子内,但对高周疲劳寿命的预测结果存在较大误差。分析表明,搭接接头的应力集中程度比有效厚度对疲劳寿命的影响更大。

Effects of process parameters on microstructure and mechanical properties of friction stir lap linear welded 6061 aluminum alloy to NZ30K magnesium alloy

The microstructures and lap-shear behaviors of friction stir lap linear welded as-extruded 6061 Al alloy to as-cast Mg–3.0Nd–0.2Zn–0.7Zr(wt.%)(NZ30K)alloy joints were examined.Various tool rotation and travel speeds were adopted to prepare the joints.The analysis of temperature field indicates that the peak temperature for each sample can reach 450℃,which exceeds the eutectic reaction temperatures of 437℃ and 450℃ according to the binary phase diagram of Al–Mg system.The fierce intermixing can be found at the interface between Al and Mg alloys,forming the intermetallic of Al_(3)Mg_(2).Welds with the rotation speed of 900 rpm and travel speed of 120 mm/min display the highest tensile shear failure load of about 2.24 kN.The value was increased by 13%after the sample was heat treated at 400℃ for 0.5 h.

铝-镁异种合金搅拌摩擦搭接焊数值模拟

建立顺序耦合的热力学模型,分析了焊速和搭接量对铝-镁异种合金搅拌摩擦搭接焊(FSLW)温度场及残余应力场分布规律的影响。结果表明:垂直于焊缝表面的残余应力呈M型分布,与对接方式分布规律相同,而夹层处的残余应力呈单峰分布;夹层与上侧板温差较小,与下侧板温差达到68℃;随着搭接量的增大,峰值温度和夹层处的残余应力降低;随着焊速的增大,峰值温度降低,夹层处的残余应力明显增大。数值模拟计算的残余应力分布规律与试验测得的数据基本吻合。

钛/铝异种材料搅拌摩擦搭接焊过程的温度场研究

以2 mm厚TC4钛合金板与6.5 mm厚7075-T6铝合金板为对象,建立了钛上铝下的搅拌摩擦搭接焊有限元模型,利用Abaqus软件模拟了不同转速下焊接过程的温度场,并利用测温试验进行了验证。结果表明,焊接温度峰值位于搅拌头作用区,其值随转速的减小而降低;在本文的试验条件下,焊接速度为30 mm/min,转速小于230 r/min时,搭接界面处的温度峰值低于铝合金的固相线温度,可实现固相下的钛/铝异种材料搅拌摩擦搭接焊。

改善搅拌摩擦焊搭接接头中界面畸变缺陷研究的现状与展望

综述了目前关于改善搅拌摩擦焊搭接焊(FSLW)接头界面畸变的相关技术与方法,分析了各种技术与方法的特点、目前存在的不足以及展望了未来发展的方向。研究现状表明,通过焊接工艺参数的优化,可以在一定程度上降低界面的畸变程度,但是焊接参数与界面畸变特征之间的关联规律尚未厘清,因此仅通过工艺参数的调整很难从根本上解决接头的畸变问题;通过采用不同的搅拌工具进行FSLW,是一种可以改变焊接过程中材料流动,从而获得低畸变界面的有效方法,但是目前焊接工具改善界面畸变的效果,还过于依赖焊接参数的匹配,并且对于焊接工具如何改变界面流动的机制尚不清楚;通过复合焊接技术能在一定程度上降低FSLW接头中的界面畸变对接头性能的不利影响,但是工艺较为复杂,限制了其工程化应用。因此,设计、制备能够在较宽参数区间获得低畸变界面的搅拌工具,并研究其在焊接过程中的材料流动机制,是未来从根本上解决FSLW接头界面畸变、获得高质量接头的有效途径与方法,也是今后FSLW领域的重要研究与发展方向。