根据滑动摩擦机制推导了热源模型,通过ansys分析了车身铝合金搅拌摩擦焊接头温度场,仿真结果表明在焊接起始阶段(0-10)s升温明显,温度快速达到567℃;随后温度稳定在541℃至566℃,进入平衡阶段(15-30)s;最后焊接过程结束35s,温度峰值较之前的稳定阶段有所增加,达到599℃。根据仿真所采用的工艺参数进行了焊接试验,并与现场的目标点温度测试结果进行了对比,仿真结果与实验结果吻合较好。研究结果表明本热源模型能够较准确的模拟焊接温度场,揭示焊接过程的温度变化规律。

本文设计的平板对接夹具可以用于不同厚度母板的搅拌摩擦焊。夹具主要有夹具体、夹紧机构、对中机构三部分组成;夹紧机构采用液压传动完成高度的调整、焊缝的粗对中以及T型压板的自动抬起和压紧;对中机构主要通过红外线发射器进行搅拌头和焊缝对中,该机构设计简单,能够对板类工件进行快速找中。所设计夹具除满足不同厚度母板的定位要求外,还可以有效解决母板夹紧过程中因受力不均而导致工件弯曲变形的情况、提高了焊接质量,降低了生产成本。

对搅拌摩擦焊技术发展进行了简要介绍，分析了搅拌摩擦焊中工艺影响因素，结合目前电主轴的发展趋势——动静压电主轴，在铝合金搅拌摩擦焊电主轴单元关键技术研究的基础上。确定电主轴的工艺参数，设计研发一种新型的立式搅拌摩擦焊动静压电主轴，具有自动调节负荷的功能。并对主轴的结构设计、油腔结构和运行状态进行详细的介绍，并利用SolidWorksSimulation对转子轴静态受力进行模态分析，经初步检测符合设计要求。较好地解决了搅拌摩擦焊主轴适用材料窄、滚动轴承寿命短、转轴承载负荷过大和主轴可靠性差等问题。

结合目前世界上最大的10 m级大直径运载火箭贮箱箱底搅拌摩擦焊接工艺需求,设计了用于大直径球面体搅拌摩擦焊的龙门式焊接装备。由于搅拌摩擦焊是通过被焊材料与高速旋转的焊接头进行摩擦产生热量并使其产生局部塑性化,当焊具沿着焊接界面向前产生位移时,塑性化的材料在焊接头处转动摩擦力的作用下由焊具的前部向后部流动,并在焊接头挤压下形成致密的固相焊缝。与熔焊不同的是,搅拌摩擦焊过程中需要焊接装备提供较大而且非常稳定的顶锻力和搅拌力,因此,龙门铣焊装备整体结构的力学特性分析非常重要。首先结合厚度为28 mm的铝合金材料2219在搅拌摩擦焊过程所需的作用力以及火箭贮箱箱底球面结构,建立焊接头的焊接过程力学方程,进而分析焊接过程中龙门铣焊装备的静力学特性。结果表明:所设计的龙门铣焊装备在焊接头扎入阶段、稳...

搅拌摩擦焊技术目前已成功跨出试验研究阶段,发展成为可以替代熔焊技术的工业化实用固相连接技术,广泛应用于高铁、航空航天及管道焊接加工中,展示出显著的技术优势和经济效益。设计一种采用伺服电动缸驱动的回抽式搅拌摩擦焊主轴结构,能够在匹配搅拌摩擦焊加工工艺的前提下,经过简单改造将设备转变成数控加工中心主轴,大幅扩展了设备的应用范围,转变灵活,节约了大量的设备采购成本。

为了实现搅拌摩擦焊接过程中主轴下压力的控制,开发了一套下压力监控系统。采用无线信号传输技术,解决了主轴前端式力传感器信号线的连接问题,通过无线供电技术实现了对下压力监测平台的供电。详细介绍了监测系统的总体方案,下压力监测模块以及下压力监控软件的设计,同时应用单片机原理以及无线射频收发技术实现了进给倍率的实时获取,通过进给倍率的修调实现了进给速度的调节。通过在数控机床上开展焊接实验,对监控系统进行了工程验证。实验证明,该系统能够精确测量下压力,并能够通过控制进给速度实现主轴下压力的控制,且测力范围广、控制精度较高,提高了焊接质量,具有良好的应用前景。

为实现异种铝合金环形构件的高精度装配与连接,文中设计一种卧式串联型轴向移动转径向伸缩的搅拌摩擦焊接工装。结果表明,采用此工装成功实现铝铜系/铝镁系异种铝合金环形构件的高精度装配与高质量焊接,接头内部质量达到了I级接头要求,接头的抗拉强度高于245 MPa,延伸率高于16%,且所有接头均断裂在铝镁系铝合金母材一侧,说明该接头的整体性能要优于铝镁系铝合金母材性能,解决了铝铜系/铝镁系异种铝合金熔焊易出现焊接裂纹的工程难题。

对搅拌摩擦焊技术和动静压电主轴技术进行了简要介绍，结合目前搅拌摩擦焊实际焊接过程中存在的不足及今后的发展趋势，设计研发一种新型的回抽复合式搅拌摩擦焊动静压电主轴，采用动静压液体轴承、联轴器和直线轴承，主轴具有回抽功能，通过分离式搅拌头的使用，较好地解决了搅拌摩擦焊接结束后工件存在的“匙孔”的问题，提高主轴的承载能力、精度，能够长时间持续摩擦搅拌焊接，同时搅拌头更换便捷，经国家检测机构鉴定，达到设计标准。

对搅拌摩擦焊技术发展和研究方向进行了简要介绍,针对目前搅拌摩擦焊实际焊接过程中存在的缺陷与不足，尤其是焊接结束时存在的"匙孔"问题，结合电主轴的发展趋势一动静压电主轴，设计研发_种新型的回抽式搅拌摩擦焊动静压电主轴，采用液体动静压轴承技术和小孔节流技术等,替代滚动轴承，利用油腔内油压控制转轴回抽，实现了主轴无滚动摩擦，回抽功能自动化,解决了"匙孔"的缺陷。对主轴的整体结构、液压回抽结构和油腔结构等进行了详细介绍，并经初步检测符合设计要求。

采用正交试验法分析了搅拌摩擦焊工艺参数对4 mm厚6082-T6铝合金焊接接头拉伸强度的影响。试验结果证明:在选取的工艺参数范围内,焊接速度影响最大,其次是焊接转速,压入量影响最小。在最优化的条件下,包括转速为650r/m in,焊接速度为110 m m/m in,压入量为0.2 m m,试样的拉伸强度达到243.5 MPa,弯曲角超180°而不开裂,硬度值曲线呈“马鞍形”关于焊缝对称,验证了实验结果与计算结果一致。