采用激光冲击(LP)的方法对铝锂合金搅拌摩擦焊(FSW)焊接区域进行改性强化,对于促进搅拌摩擦焊接工艺在航空航天等领域的应用具有重要意义。以航空铝锂合金为加工对象,对搅拌摩擦焊与激光冲击强化复合工艺下焊板的残余应力场进行了有限元仿真模拟。通过与文献中的试验结果进行对比,验证了所建仿真模型的准确性。模拟了搅拌摩擦焊、激光冲击及两者复合的工艺过程,对比了经不同工艺处理的焊板上的残余应力分布,并研究了应力波的传递规律。仿真结果表明:激光冲击能有效减小搅拌摩擦焊在铝锂合金表面及亚表面引入的残余拉应力;搅拌摩擦焊引入的残余应力越大,激光冲击对残余应力的减小效果越明显;复合工艺处理引起的应力波衰减率略大于仅激光冲击处理引起的应力波衰减率,从而使得复合工艺中的激光冲击引起的残余应力减小量大于仅激光冲击引起的残余应力减小量。
激光技术 铝锂合金 搅拌摩擦焊 激光冲击 残余应力 有限元仿真 中国激光
2021, 48(18): 1802008
1 广州市昊志机电股份有限公司, 广东 广州 510000
2 绍兴文理学院机械与电气工程学院, 浙江 绍兴 312000
3 绍兴市上虞区产品质量监督检验所, 浙江 绍兴 312300
钢铝激光辅助搅拌摩擦焊的温度场直接影响焊接接头的质量。为了研究工艺参数对温度场分布的影响并且缩小试验时工艺参数的可选择范围, 首先建立了激光加热以及搅拌头摩擦生热双热源数学模型, 然后采用COMSOL软件对Q235钢和Al 6061铝合金, 在不同工艺参数的条件下进行温度场的计算, 重点分析了激光光斑半径、激光功率、搅拌头下压力、进给速度和旋转速度对温度场的影响规律, 并选取了合理的工艺参数范围。最后对比分析了激光加热辅助搅拌摩擦焊接与普通搅拌摩擦焊接温度场的不同之处。结果表明, 激光预热使搅拌摩擦焊轴肩覆盖区域的最高温度由轴肩后方部转移到轴肩中部。此外, 当搅拌头下压力过大, 焊接进给速度过小, 旋转速度过大时, 摩擦产生的热量越多, 从而温度升高越明显。
激光加热 搅拌摩擦焊 双热源 稳态温度场 工艺参数 laser heating friction stir welding dual heat source steady state temperature field process parameters
为了改善H13钢表面性能,采用激光熔覆方法,在H13钢表面制备了Co42高硬度涂层.对不同工艺下涂层的稀释率、粗糙度、表面形貌、显微组织及硬度分布等进行了测试分析.最佳工艺参量为离焦量20mm、扫描速率1.7mm/s、脉宽2.0ms、频率30Hz.此参量下制备的熔覆层厚度约为230μm,显微组织为致密细小的枝晶结构,与基底形成了良好的冶金结合.自熔覆层至基底,显微硬度梯度下降.熔覆层内的平均显微硬度为650HV0.1,为基体硬度(240HV0.1)的2.7倍,显著提高了H13钢的表面性能.结果表明,工艺参量(离焦量、扫描速率、脉宽、频率)对涂层的稀释率、粗糙度和表面形貌等有很大影响.这一结果对推动搅拌摩擦焊技术的发展是有帮助的.
激光技术 搅拌摩擦焊 耐磨涂层 正交化研究 显微组织及硬度 laser technique friction stir welding anti-wear resistance coating orthogonal experiment microstructure and microhardness
