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搅拌摩擦焊机的研制及热源模型初探

陈书锦  
【摘要】: 由英国剑桥焊接研究所1991年发明的搅拌摩擦焊(FSW),以其优异的焊接性能和综合的经济、环境效益而著称,在航空、航天、造船、交通工具、压力容器、电器等行业有着广阔的应用前景,且在很多领域大有取代GMAW之势。它的出现将使铝及其合金等有色金属的连接技术发生重大变革。虽然FSW工艺开发时间不长,但是在焊接机理、适用材料、焊接设备以及工程化应用方面均取得了很大的进展。 搅拌摩擦焊机的研制是研究FSW技术的关键之一。在焊接过程中搅拌摩擦头转速必须能够大范围的变速并且稳定;为了产生足够的热量,在高速旋转的时候转矩也要足够大;在对不同种材料、尺寸条件下,用不同的规范焊接时,要能实现功率在一定范围内调节。因此以变频调速为主体技术的FSW焊机应运而生。本文叙述了FSW焊机的原理、结构、性能,详述了“电流上下限值”转矩控制方式;同时对焊接过程中参数的读取与显示、摩擦功率的计算方法进行了有益的探讨。 FSW温度场也是焊接科技工作者们关心的焦点。温度场关系着材料的相变、成型、焊缝区的应力分布,直接影响着焊接质量;影响温度场分布的因素也很多,如摩擦头形状、转矩、转速、焊接速度等。因此如何测量和控制FSW温度场成为必需,建立热源模型并利用ANSYS软件进行模拟就是一个有效的手段。本文就有限元模拟所面临的一些问题进行了研究,提出了静态和移动FSW热源公式;给出了在一定的条件下,验证焊接热模型的方案,并且为后续研究提出了一些建议。


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