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。

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.

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。

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。

同种材质摩擦焊接头焊缝的组织及性能研究

利用C150、C50连续驱动摩擦焊机分别对08F钢、20钢进行同种材料焊接试验。08F钢试验工艺参数为:主轴转速2000r/min、摩擦压力9.5kN、顶锻力23.6kN;20钢试验工艺参数为:主轴转速2500r/min、摩擦压力22kN、顶锻力30kN。焊后对其接头的组织性能进行研究。结果表明:应用连续驱动摩擦焊,能形成良好的焊接接头,接头的晶粒比母材区晶粒细小;焊接接头由塑性变形区、热影响区组成;焊接接头的硬度值大于母材区,08F钢接头的硬度值较母材区提高了约20%,20钢提高了约40%。

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.

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异金属连续驱动摩擦焊研究

采用连续驱动摩擦焊对K418/42CrMo异金属进行了焊接工艺试验,对焊接接头抗拉强度、断口形貌、金相组织、显微硬度等进行分析。结果表明:焊接接头质量良好,抗拉强度达到700MPa以上,焊缝区域有碳元素从42CrMo侧向K418侧转移扩散现象。

大截面液压缸连续驱动摩擦焊接工艺参数的设计

采用正交试验法研究了连续驱动摩擦焊工艺参数对大截面液压缸焊接接头强度的影响,检测了焊缝附近的硬度分布。试验研究发现:在选取的焊接工艺参数范围内,对焊件拉伸强度的影响程度依次是保压时间、摩擦压力、摩擦时间和顶锻压力;最优条件为摩擦压力7.0 MPa、摩擦时间18 s、顶锻压力14.0 MPa、顶锻保压时间16 s。通过在最优条件下试验,试样抗拉强度达到811.4 MPa,弯曲角超180°而不开裂,硬度值曲线关于焊缝对称,在焊缝处达到峰值HV302,验证了试验结果与计算结果一致。

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。

K418/42CrMo异金属连续驱动摩擦焊焊接接头组织与性能研究

采用连续驱动摩擦焊进行K418/42CrMo异金属焊接,焊接接头质量较好,抗拉强度提高。

调质热处理对活塞杆摩擦焊接头组织性能的影响

通过拉伸试验、硬度试验、弯曲试验,分析了调质热处理对钢活塞杆连续驱动摩擦焊接头组织和抗拉强度的影响,结合显微组织观察、拉伸断口分析解释了接头不同调质处理抗拉强度差异的原因。结果表明,淬火温度850℃、淬火保温时间140 min、回火温度570℃、回火保温时间120min的调质处理,能够改善接头的显微组织,提高其抗拉强度,达到815MPa。接头抗拉强度差异的原因主要是淬火温度不同导致马氏体含量不同。