轻金属材料结构制造中的搅拌摩擦焊技术与焊接变形控制(上)

该文讨论了工程实践中两个方面的问题。一方面,介绍了搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding,FSW)的国内外发展现状。该技术在铝合金结构制造中已成为可以替代熔焊技术的实用的工业化固相连接技术。另一方面,还论述了我国拥有自主知识产权的创新性的技术——低应力无变形(LowStressNoDistortion-LSNDWelding)焊接法的机理和工程应用。该方法采用热拉伸效应(全截面热拉伸、局域热拉伸)主动控制铝合金、钛合金飞行器薄壁结构焊接失稳翘曲变形,可达到焊后无变形的目标。     

几种新型搅拌摩擦焊技术

经过多年的发展和实践,新型的搅拌摩擦焊技术层出不穷,涉及领域广泛,其中最具代表性和创新性的新型搅拌摩擦焊技术有:双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术、复合热源搅拌摩擦焊接技术、动态控制低应力无变形搅拌摩擦焊技术和双头搅拌摩擦焊技术。     

静态低应力无变形焊接技术的数值模拟与优化

针对静态低应力无变形技术(LSND)在铝合金薄板焊接上的应用,开展了其焊接过程应力应变分布特征的有限元数值模拟和优化研究.分别建立了常规钨惰性气体(TIG)焊接和静态低应力无变形技术焊接时温度场和应力应变场的有限元模型,计算了两种方法焊接时温度场、应力应变场的差异.根据数值模拟结果,优化了静态低应力无变形技术的两个重要工艺参数:加热温度和加热区域边缘到焊缝中心的距离,给出了针对具体材料和试件尺寸的工艺参数推荐值.     

航宇薄壳结构的低应力无变形焊接新技术

为满足航空、航天薄壳焊接结构在制造过程中对几何型面的严格技术要求，研究开发了低应力无变形焊接新技术。此项技术保证了在焊接过程中对变形积极主动的控制，达到了焊后完全无变形的要求，取消了焊后矫形工序，已成功地应用于航空发动机耐热合金薄壁机匣和运载火箭铝合金燃料贮箱的焊接。用“静态”控制方法及在此基础上发展的“动态”控制新方法均可定量地控制焊缝区的不协调应变量，获得焊后低应力无变形的效果。     

载人航天器结构件FSW制造工艺及应用

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)技术是铝合金最具优势的连接手段,是载人航天关键构件的焊接制造发展趋势.分析了栽人航天焊接结构件特点,研究了实际结构件应用搅拌摩擦焊所需的关键技术,研究结果表明该关键工艺应用于栽人航天结构件的焊接,实现了球状密封构件、大尺寸密封舱体的搅拌摩擦焊制造.     

Analysis of Microstructures and Fatigue Properties of Friction Stir Overlap Welds in AA2024-T4 Alloy

研究了铝合金2024-T4搅拌摩擦焊(FSW)搭接接头的微观组织特征和疲劳性能.结果表明,搭接接头后退侧热力影响区晶粒变形程度较前进侧严重.疲劳试样断裂位置均位于弱连接缺陷向上“拉起”较严重的焊核区后退侧.当应力比为0.1时,铝合金搅拌摩擦焊搭接接头对应于95％存活率的疲劳强度特征值(A)(o)k为18.25MPa,与铝合金熔焊搭接接头的(A)(o)k为13.92MPa相比,增加了31.11％.与此同时,FSW搭接接头疲劳S-N曲线斜率m为5.39,大于熔焊接头所对应的S-N曲线斜率范围3.0-3.5,可见在长寿命区搭接接头的疲劳性能优于熔焊接头.搭接接头的裂纹源位于搭接接头上板底部位置的表面缺陷或者强化相颗粒处,对应于弱连接缺陷处.     

列车制造搅拌摩擦焊接技术和应用

本文在简要介绍搅拌摩擦焊技术特点的基础上,对轻质铝合金列车制造中所采用材料的焊接性能及中空型材结构搅拌摩擦焊接头的设计特点进行了研究,并且对搅拌摩擦焊技术在中国列车制造中的典型应用和相关搅拌摩擦焊设备开发进行了介绍和总结。     

铝合金动态控制低应力无变形（DC - LSND）MAG 焊焊接过程模拟

对动态控制低应力无变形（dynamically controlled low stress no - distortion,DC - LSND）铝合金 MAG 焊进行了数值仿真,利用数值仿真模型并结合优化算法对热沉参数进行了优化分析。通过对有限元软件的二次开发,实现了焊接热源程序的加载和热沉过程的加载。对比正常焊接过程,采用热沉实现了随焊激冷法后焊接残余应力降低。在其他条件热沉不变的条件下,随着热沉强度的增大,残余应力显著降低。在热沉强度不变的情况下,热沉与热源距离在30 mm 左右时,应力降低效果最为明显。     

基于LabVIEW的搅拌摩擦焊在线监测系统

搅拌摩擦焊(FSW)作为一种新型的固相连接技术,具有一系列传统焊接无法比拟的优点[1-2].如焊接时的无飞溅、不需要气体保护、焊后工件残余应力和变形小、焊接接头抗拉伸性能和抗弯曲性能良好、生产成本低和无污染等,这些性能在铝合金焊接方面具有得天独厚的优势[3-4].搅拌摩擦焊在加工过程中涉及到温度场、材料组织变化、材料流动、应力应变和振动等多方面的问题[5-8].为了提高搅拌摩擦焊的焊接质量,必须要设计一套能同时检测搅拌摩擦焊加工过程中的温度、三向力和振动信号的在线检测系统.     

搅拌摩擦焊流变特性研究

通过对搅拌摩擦焊 (FSW )的焊接行为和焊接接头的金相图等基础资料的观察和比较 ,对铝合金材料搅拌摩擦焊的流变特性进行了分析和讨论 ,总结了搅拌摩擦焊塑化金属在焊接时的流变特性。