攪拌摩擦焊的案例
攪拌摩擦焊的數值模擬資料
一些學習資料與大家共享
攪拌摩擦焊的發展現狀及存在的問題.pdf
攪拌摩擦焊工藝參數對LY12鋁合金焊縫金屬流動形態的影響.pdf
攪拌摩擦焊過程接觸熔化物理模型與分析.pdf
攪拌摩擦焊焊縫橫截面塑性材料遷移行為分析.pdf
攪拌摩擦焊焊接溫度數值模型及其影響因素.pdf
攪拌摩擦焊攪拌區動態再結晶的數值模擬.pdf
攪拌摩擦焊熱源數值模型.pdf
攪拌摩擦焊數值模擬的現狀.pdf
攪拌摩擦焊中動態再結晶及硬度分布的數值模擬.pdf
攪拌摩擦焊中熱過程數值模擬分析_.pdf
鋁合金攪拌摩擦焊三維模擬流場厚度方向流動狀況分析.pdf
鋁合金攪拌摩擦焊溫度場的數值模擬.pdf
鋁合金三層板結構攪拌摩擦焊_超塑成形的數值模擬及工藝研究_.pdf
異種鋁合金攪拌摩擦焊塑性流場的實驗研究.pdf
紫銅攪拌摩擦焊的溫度場測試及數值模擬.pdf
展開 技術 | 攪拌摩擦焊在大型運輸機和新型戰斗機中的應用
表1 典型鋁合金材料攪拌摩擦焊接頭強度和斷裂位置對比
03
飛機結構攪拌摩擦焊關鍵技術研究
要實現大型運輸機和新型戰斗機等飛機結構的攪拌摩擦焊接，需要針對飛機典型結構開展攪拌摩擦焊工藝技術研究，掌握攪拌摩擦焊對飛機結構，尤其是壁板類結構的適應性，其中對攪拌摩擦焊工具的優化設計和焊接變形控制是飛機結構攪拌摩擦焊關鍵技術。而焊接變形行為攪拌摩擦焊變形控制技術研究的重點。
3.1 攪拌摩擦焊變形控制技術研究
攪拌摩擦焊要在飛機結構上得到應用，必須解決保持結構零件的尺寸完整性以及減少焊接應力和變形的問題。飛機零件經過焊接熱循環和焊接力的作用，結構會產生收縮變形和殘余內應力。圖1顯示出了常規攪拌摩擦焊和動態射流沖擊攪拌摩擦焊的對比結果，這種動態變形控制技術應用在壁板類零件上，能使變形量降低到 1/10，甚至更小。
圖1 3.5mm厚5083鋁合金變形控制比較
焊接壓緊方案為腹板、豎板、U框板焊接，采用雙滾輪＋槽形壓板壓緊，L 型材焊接時采用單滾輪壓緊。焊前對工藝參數和攪拌頭進行了優化，焊接過程加動態氣霧隨動冷卻，焊后采用了滾壓校形，零件焊后整體變形量僅為 1mm，在攪拌摩擦焊工程化應用方面取得較大突破，其實物圖如圖2所示。
圖2 駕駛艙背板零件攪拌摩擦焊實物
3.2 新型運輸機和新一代戰斗機結構零件的攪拌摩擦焊
目前，通過典型飛機結構零件的攪拌摩擦焊制造，北京航空制造工程研究所已經在攪拌摩擦焊工藝優化和控制、攪拌工具、特殊焊接工裝夾具的設計制造、攪拌摩擦焊接過程控制、零件變形控制和校正等方面積累了技術經驗。
展開 攪拌摩擦焊的優勢
攪拌摩擦焊技術優勢十分明顯。與傳統的熔化焊接技術相比，攪拌摩擦焊的技術優勢、經濟性優勢以及環境保護優勢主要體現在以下幾點：
一是固相焊接過程，焊縫力學性能高：無氣孔、無合金元素燒損、無熱裂紋；接頭強度超過大多數熔化焊接頭，并且接頭性能一致性良好。
二是焊接過程簡單：攪拌摩擦焊類似于完全的機械加工過程，無需焊接準備過程，設備維護簡單。并且是完全自動化操作；無需焊接保護氣和填絲；對焊接裝配和焊前清理要求不高，可在任意位置施焊。
三是焊接接頭物理性能好，如導電、導熱性與母材一致、焊縫顏色與母材一致。
四是不會污染環境：沒有弧光、煙塵和飛濺物危害；無紫外線和電磁輻射危害；較低的能量消耗；無噪音，加工過程幾乎完全在安靜狀態下進行。
五是高效率：一次可焊厚度大于75mm的焊材，與傳統的熔焊技術相比缺陷發生率更低，可大大降低返修率，并且可以通過再次焊接來消除缺陷。在鋁合金的焊接過程中，每噸級的人工可減少15%。據悉，在Delta火箭貯箱上使用這一焊接技術，可以節約60%的焊接成本，工作時間從23天減少到6天。大型復雜結構鋁合金構件使用攪拌摩擦焊技術，工裝建造成本從61%降低到19%；
六是不易變形，焊材變形只是傳統熔化焊的十二分之一。資料顯示，攪拌摩擦焊用于GT賽車中央鋁合金構件的制造，接頭強度比熔焊提高30%。使用攪拌摩擦焊技術制造飛機機身時，每米焊縫能夠減重0.9公斤。
據介紹,在國外攪拌摩擦焊技術已成為工業化的鋁、鎂、銅等材料的主導焊接工藝，并廣泛應用于航天航空、軌道交通、汽車制造、電力電子、船舶制造等行業。攪拌摩擦焊在大型密封結構的制造上已全面取代傳統的電弧熔焊。
大量的研究和實踐證明，車輛、飛機采用鋁合金材料是實現輕量化的最有效途徑。高速列車的制造采用攪拌摩擦焊技術已成為主流趨勢。
展開 攪拌摩擦焊原理：應用案例、常見缺陷及控制措施、微觀組織......
攪拌摩擦焊原理
攪拌摩擦焊方法與常規摩擦焊一樣。攪拌摩擦焊也是利用摩擦熱與塑性變形熱作為焊接熱源。不同之處在于攪拌摩擦焊焊接過程是由一個圓柱體或其他形狀(如帶螺紋圓柱體)的攪拌針(welding pin)伸入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化。同時對材料進行攪拌摩擦來完成焊接的。焊接過程如圖所示。在焊接過程中工件要剛性固定在背墊上，焊頭邊高速旋轉，邊沿工件的接縫與工件相對移動。焊頭的突出段伸進材料內部進行摩擦和攪拌，焊頭的肩部與工件表面摩擦生熱，并用于防止塑性狀態材料的溢出，同時可以起到清除表面氧化膜的作用。
在焊接過程中，攪拌針在旋轉的同時伸入工件的接縫中，旋轉攪拌頭(主要是軸肩)與工件之間的摩擦熱，使焊頭前面的材料發生強烈塑性變形，然后隨著焊頭的移動，高度塑性變形的材料逐漸沉積在攪拌頭的背后，從而形成攪拌摩擦焊焊縫。攪拌摩擦焊對設備的要求并不高，最基本的要求是焊頭的旋轉運動和工件的相對運動，即使一臺銑床也可簡單地達到小型平板對接焊的要求。但焊接設備及夾具的剛性是極端重要的。攪拌頭一般采用工具鋼制成，焊頭的長度一般比要求焊接的深度稍短。應該指出，攪拌摩擦焊縫結束時在終端留下個匙孔。通常這個匙孔可以切除掉，也可以用其它焊接方法封焊住。針對匙孔問題，已有伸縮式攪拌頭研發成功，焊后不會留下焊接匙孔。
展開 
激光焊、攪拌焊、電子束焊、摩擦焊....不學習就被淘汰了！
攪拌摩擦焊在焊接過程中工件要剛性固定在背墊上，焊頭邊高速旋轉，邊沿工件的接縫與工件相對移動。
焊頭的突出段伸進材料內部進行摩擦和攪拌，焊頭的肩部與工件表面摩擦生熱，并用于防止塑性狀態材料的溢出，同時可以起到清除表面氧化膜的作用。
攪拌摩擦焊縫結束時在終端留下個匙孔。通常這個匙孔可以切除掉，也可以用其它焊接方法封焊住。
攪拌摩擦焊可實現異種材料間焊接，如金屬、陶瓷、塑料等。攪拌摩擦焊焊接質量高，不易產生缺陷，容易實現機械化、自動化、質量穩定、成本低效率高。
04 電子束焊接
電子束焊是利用加速和聚焦的電子束轟擊置于真空或非真空中的焊件所產生的熱能進行焊接的方法。
電子束焊接因具有不用焊條、不易氧化、工藝重復性好及熱變形量小的優點而廣泛應用于航空航天、原子能、國防及軍工、汽車和電氣電工儀表等眾多行業。
▲電子束焊接原理
電子束焊接工作原
電子從電子中的發射體（陰極）逸出，在加速電壓作用下，電子被加速至光速的0.3～0.7倍，具有一定的動能。
再經電子中靜電透鏡和電磁透鏡的作用，會聚成功率密度很高的電子束流。
這種電子束流撞擊工件表面，電子動能轉變為熱能而使金屬迅速熔化和蒸發。
在高壓金屬蒸氣作用下，工件表面被迅速“鉆”出一個小孔，也稱之為“匙孔”，隨著電子束與工件的相對移動，液態金屬沿小孔周圍流向熔池后部，并冷卻凝固形成焊縫。
電子束焊接的主要特點
電子束穿透能力強，功率密度極高，焊縫深寬比大，可達到50:1，可實現大厚度材料一次成形，最大焊接厚度達到300mm。
展開 航天工業攪拌摩擦焊裝備
作為國內最早應用攪拌摩擦焊技術的行業之一——航天工業，早在2003年就開始了與賽福斯特公司的合作，本期為您介紹賽福斯特為于航天工業領域開發的攪拌摩擦焊接裝備。
2004年，航空工業賽福斯特公司向中國航天集團某單位交付了第一臺用于導彈殼體攪拌摩擦焊接的特種裝備。
Type: FSW-3LM-025
Max Thickness:25mm
X Axis:0-2400mm
Y Axis:0-1000mm
Z Axis:0-400mm
Control System:SIEMENS 840D
Closed loop control:Force Control
2005至2008年期間，航空工業賽福斯特公司向上海航天某單位交付了用于運載火箭燃料貯箱環縫焊接的數控懸臂式攪拌摩擦焊裝備、用于運載火箭燃料貯箱縱縫焊接的立式縱縫攪拌摩擦焊裝備、用于大厚度雷達面板焊接的雙梁重載攪拌摩擦焊裝備及用于平面二維散熱器焊接的平面二維攪拌摩擦焊裝備。
展開 技術 | 攪拌摩擦焊接標準的分析研究
攪拌摩擦焊接方法與弧焊存在本質不同，隨著在軌道車輛中的應用日益廣泛，迫切需要建立軌道車輛攪拌摩擦焊接制造技術的行業標準，以指導攪拌摩擦焊接設計，規范攪拌摩擦焊接生產，保證焊接質量。但是，目前針對軌道車輛行業的攪拌摩擦焊技術標準還沒有制定，因此需要根據軌道車輛行業實際情況，系統分析現有攪拌摩擦焊接標準的優缺點，制定適合我國實際軌道車輛鋁合金焊接生產的攪拌摩擦焊技術行業標準，為該技術在軌道車輛生產中的應用和推廣提供依據。
1 攪拌摩擦焊接標準
國外對于攪拌摩擦焊接標準的研究已經開展了大量的工作，但受攪拌摩擦焊技術軍工應用背景及保持本企業攪拌摩擦焊技術領先地位等因素的影響，國外制定的有關攪拌摩擦焊標準方面的資料大都未公開報道。在國內，航空、航天等單位相繼開展了攪拌摩擦焊研究工作，實現了攪拌摩擦焊接技術在航空航天等制造領域的工程應用。
航天科技集團公司一院211廠在前期研究的基礎上，結合航天系統兄弟單位的應用經驗，編制了國內首份攪拌摩擦焊航天行業標準《鋁合金攪拌摩擦焊技術要求》，為攪拌摩擦焊接技術在航天領域的工程應用奠定了基礎。目前公開的攪拌摩擦焊標準有國際標準ISO252392011鋁的攪拌摩擦焊和美國的AWSD17.3:2010航空航天鋁合金攪拌摩擦焊技術規范。
國內公開的標準有航天行業標準QJ20043-2011鋁合金中厚板攪拌摩擦焊技術要求;QJ20044-2011鋁合金攪拌摩擦焊工藝規范;QJ20045.2011鋁合金攪拌摩擦焊接超聲波相控陣檢查方法;QJ20046-2011鋁合金摩擦塞補焊技術要求;QJ20047-2011鋁合金摩擦塞補焊工藝規范。
2 攪拌摩擦焊標準分析對比
2.1 適用范圍
雖然標準都是關于鋁合金的攪拌摩擦焊接，但對于鋁合金的種類及焊接工藝選擇有具體規定。
展開 AnsysWB-FSW(攪拌摩擦焊熱應力仿真) ￥10
攪拌摩擦焊（FSW）是一種固態焊接技術，用于金屬的連接，無需填充材料。一個圓柱形旋轉工具插入牢固夾緊的工件中，并沿著待焊縫移動。隨著工具沿焊縫移動，工具肩部與工件之間的摩擦產生熱量。工件材料的塑性變形也會產生額外的熱量。產生的熱量使工件材料熱軟化。工具的移動使軟化的工件材料從前部流向工具后部并在此處凝固。隨著冷卻，兩塊板之間形成一個連續的固體焊縫。整個過程中不會發生熔化，產生的溫度始終低于所連接金屬的固相線溫度。攪拌摩擦焊相較于傳統焊接技術具有諸多優勢，并已在航空航天、汽車和造船等行業成功應用。
在攪拌摩擦焊過程中，熱行為和機械行為是相互依存的。由于溫度場會影響應力分布，因此本示例采用了一個完全熱機械耦合模型。該模型由具有結構和熱自由度的耦合場實體單元組成。模型包含兩塊矩形鋼板和一個圓柱形工具。在模型上施加了所有必要的機械和熱邊界條件。模擬分三個載荷步進行，分別代表過程中的壓入、停留和移動階段。
計算得出的摩擦熱生成量和塑性熱生成量表明，工具肩部與工件之間的摩擦是產生大部分熱量的原因。在板片的接觸界面處規定了一個粘結溫度，以此來模擬工具后面的焊接過程。當接觸表面的溫度超過這個粘結溫度時，接觸狀態就會轉變為粘結狀態
展開 案例28-攪拌摩擦焊模擬
本案例演示了如何模擬攪拌摩擦焊（FSW）過程。展示了攪拌摩擦焊的一些特點，包括工具-工件表面相互作用，摩擦生熱和塑性變形。使用非線性直接耦合分析，因為在攪拌摩擦焊過程中熱力學和力學行為是互相依賴并耦合在一起的。
因為經常很難找到完整的工程數據來模擬攪拌摩擦焊，本問題強調模擬過程而不是數值結果，Zhu和Chao提出了一個簡化模型來演示攪拌摩擦焊方法。
主要用到了下列特點和能力：
• 使用耦合場實體單元的直接結構-熱分析
• 耦合場單元中的塑性生熱
• 使用接觸單元摩擦生熱
• 基于表面投影的接觸方法
• 具有粘接能力的接觸單元
簡介
攪拌摩擦焊是一種沒有填料的金屬連接的固態焊接方法。圓柱形旋轉工具在剛性夾持的工件上沿著焊縫移動，隨著工具沿著焊縫平移，在工具和工件端部之間會有摩擦生熱，工件的塑性變形也會產生額外的熱量，產生的熱量會軟化工件材料，工具的平移會使軟化的工件從工具前方移動到后方并凝固。隨著冷卻的進行，在兩個板的中間會形成一道固態連續焊縫。在整個過程中沒有熔化，溫度保持在連接金屬的固相線以下。攪拌摩擦焊相對于傳統的焊接技術有很多優點，已經成功應用于航空航天，汽車和船舶制造領域。
在FSW中熱和力行為是互相影響的，因此需要使用完全熱力耦合模型，模擬分為三步，包括扎入，旋轉和拔出。由于工件和工具之間的摩擦接觸，在接觸面上溫度會升高，通常當焊縫區域達到工具材料熔化溫度的70%到90%之后會發生FSW。
計算出的摩擦生熱和塑性生熱表明在工具肩頭和工件之間的摩擦生成了絕大部分熱量，通過在板的接觸界面定義連接溫度對工具后的焊接進行建模，當在接觸表面的溫度超過該連接溫度時，接觸狀態改變成連接狀態。
展開 攪拌摩擦焊仿真教程（abaqus） ￥1
基于abaqus軟件，使用有限元方法對攪拌摩擦焊（FSW）過程進行了完全熱力耦合的模擬。模擬包含了攪拌摩擦焊焊接過程的三個步驟：插入，預熱和焊接。為了克服焊接過程中的非線性大變形問題，采用任意拉格朗日-歐拉（ALE）自適應網格重劃分技術及質量放大技術，將網格與材料分離，材料在網格中流動.
模擬結果包括溫度場、應力場、塑性應變、材料流動等
收費內容包含cae源文件，pdf版文字教程，部分操作視頻
PEEQ.mp4
溫度與截面peeq.mp4
有問題可以加QQ1428348187
攪拌摩擦焊（FSW）模擬--熱源模型
<p>近期將在技術鄰推出攪拌摩擦焊的有限元模擬視頻教程，歡迎關注！</p><p>攪拌摩擦焊模擬分為兩種方式：</p><ol><li>基于產熱模型構建FSW熱源，進行熱彈塑性分析（分別使用ABAQUS和MSC.Marc）</li><li>考慮材料流動，使用ALE技術模擬FSW過程（使用ABAQUS）</li></ol><p>擬使用的FSW熱源模型為組合熱源（子程序開發），簡介如下：</p><div contenteditable="false" width="100%"><img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/201807/e09890b4bd45494b93f7e1d8c7aed300.jpg" title="FSW熱源模型.jpg" alt="FSW熱源模型.jpg" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201807/e09890b4bd45494b93f7e1d8c7aed300.jpg?
展開 
基于abaqus的攪拌摩擦焊模擬教程 ￥50
本教程供具有一定abaqus軟件操作基礎的專業人員使用，
里面擁有詳細的軟件設計教程及分析過程文件和結果文件，
采用abaqus對攪拌摩擦焊的焊接過程進行了熱力耦合模擬，
焊接過程分為三步：插入、預熱和焊接過程
山東大學武傳松教授：超聲振動強化攪拌摩擦搭接焊（UVeFSLW）工藝及接頭質量的研究
【引言】
攪拌摩擦搭接焊（FSLW）作為一種固相連接技術，可以用于連接相同或者不同厚度的試板，而且避免了傳統熔焊方法中產生的氣孔、裂紋和非金屬夾雜等缺陷，同時鑒于其在輕合金焊接中的巨大優勢，使其在汽車、輪船和航空航天等領域具有廣泛的應用前景。在焊接過程中，由于工件材料發生塑性流動使搭接界面發生遷移從而形成鉤狀缺陷、冷搭接缺陷等界面缺陷，這些界面缺陷的出現會嚴重影響接頭的力學性能。最近，超聲振動因其具有能量利用率高、軟化效果好等被廣泛應用于金屬塑性加工過程中，來提高產品生產效率和質量。因此，本文借助超聲振動來改善攪拌摩擦搭接焊工藝以及提高接頭性能。
【成果簡介】
近日，山東大學的武傳松教授（通訊作者）在Science and Technology of Welding and Joining上發表了最新的研究成果“Process and joint quality of ultrasonic vibration enhanced friction stir lap welding”。在該文中，研究了超聲振動對6061-T6鋁合金攪拌摩擦搭接焊工藝過程及接頭質量的影響。
展開 重磅發布！Abaqus焊接仿真指南V2.0：從DFLUX子程序到FSW全流程詳解 ￥29.9
4?? 進階：攪拌摩擦焊（FSW）CEL法仿真
針對復雜的固相連接工藝——攪拌摩擦焊，指南中詳細講解了基于 CEL（耦合歐拉-拉格朗日） 方法的建模全流程。 從歐拉域的網格劃分、體積分數填充，到攪拌頭的剛體設置、下壓/旋轉/移動的邊界條件加載，再到使用Meta進行后處理，全流程無死角覆蓋。
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實戰導向：不是枯燥的幫助文檔翻譯，而是基于真實案例的操作手冊。
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Python自動化腳本 (.py)
FSW攪拌摩擦焊完整模型文件
更重要的是，你在練習過程中遇到的報錯、環境配置（VS+IVF+Abaqus）等問題，都可以在星球內向我提問，我會一對一解答。
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寫在最后：仿真之路，道阻且長。這份V2.0版本的指南，是我對近期焊接仿真經驗的一個總結。希望能幫大家少走彎路，快速上手。如果你覺得有用，請點個“在看”支持一下！
展開 厚板高強鋁合金焊接發展現狀
近些年來發明了幾種新的焊接工藝，在交通、航天、航空等行業得到了一定應用，幾種新工藝可以較好地解決鋁合金焊接難點，焊后接頭性能良好，并能對以前焊接性不好或不可焊的鋁合金進行焊接。
2 厚板高強鋁合金的焊接新工藝
2.1 厚板高強鋁合金的攪拌摩擦焊
攪拌摩擦焊是通過高速旋轉的攪拌頭與被焊材料間的劇烈熱機聯合作用而實現的固相連接。攪拌摩擦焊在鋁合金材料的焊接中具有常規熔焊方法難以實現的優點，它可將厚板一道焊完，并得到焊后變形小、機械性能優良的焊縫。
攪拌摩擦焊發明初期主要解決厚度1.2-6.0 mm的鋁合金板材焊接問題；發展到1997年就實現了12-25mm厚鋁合金板的攪拌摩擦焊，并且在宇航結構件上得到應用。1999年攪拌摩擦焊可以焊接50 mm厚的銅合金及75mm厚度的鋁合金零件和產品；2004年，英國焊接研究所已經能夠單道單面實現100mm厚鋁合金板材的攪拌摩擦焊。迄今，在材料的厚度上，單道焊可以實現厚度為0.8-100.0mm鋁合金材料的焊接；雙道焊可以焊接180mm厚的對接板材。
2.2 高強鋁合金的雙絲MIG焊
2.2.1雙絲MIG焊的原理
早期的雙絲焊，兩根焊絲通過同一個導電嘴，這種方法的特點是兩根焊絲的電位相同，只是送絲速度不同，無法對兩個電弧分別進行控制，焊接參數非常難調。德國CLOOS公司開發出了“TANDEM"雙絲焊接技術，該技術將兩根焊絲按一定的角度放在一個特別設計的焊槍里，兩根焊絲分別由各自電源獨立供電，相互絕緣，除送絲速度可以不同外，其他所有的參數都彼此獨立，兩根焊絲的直徑、材質甚至用或不用脈沖都可以不一樣，這樣可以最佳地控制電弧，在保證每個電弧穩定燃燒的前提下，將兩個電弧的相互干擾降到最低。
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