摘要：铝/钢复合结构在汽车制造、能源、航空航天领域广泛应用,在连续驱动摩擦焊接(Continuousdrivefriction welding,CDFW)过程中,由于母材流动特性与径向摩擦扭矩分布不同,界面上的氧化物和杂质难以排出、界面产热功率与界面金属间化合物(Internetallic compounds,IMCs)不均匀分布等问题,将对接头性能产生不利影响。以1060纯铝和Q235低碳钢棒为研究对象,在钢棒待焊端面设计5°、10°、15°、20°、25°的锥度角θ开展焊接试验研究,分析不同锥度下界面温度、摩擦扭矩、能量输入及接头强度的变化规律。结果表明,随着锥度角的增大,初始峰值扭矩减小,稳态扭矩、后峰值扭矩、焊接全过程能量输入先增大后减小,初始摩擦阶段能量输入增大;10°~15°的接头径向方向的温度与强度变化趋于平缓。锥形结构使界面处热流的高温区域发生移动,20°之后峰值温度出现在1/3R附近区域,最高强度出现在1/2R附近区域。在CDFW过程,合适的锥度角可在焊接产热足够的情况下改善界面温度与力学性能的不均匀性,从而得到性能良好的接头,为异种金属的端面结构设计提供一定的理论指导。

摘要：接头结构设计是连续驱动摩擦焊的一项重要工艺措施,对改善界面产热功率的不均匀性和提升接头力学性能有显著作用。本工作在钢侧待焊端面设计5°、10°、15°、20°、25°的锥度角,利用ABAQUS进行有限元分析,采用耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立了焊接过程的三维热力耦合模型,分析了锥度大小对接头成型、温度场分布、塑性金属形成的变化规律,并开展焊接实验,验证了计算结果的准确性。结果表明:接头宏观形貌、轴向缩短量与实验结果吻合较好,计算温度与实测数据相对误差约为3.5%~4.8%,变化趋势相同;锥形结构使界面高温区域发生移动,5°与15°接头2/3 R处温度最高,25°接头1/3 R处温度最高,产热集中位置向界面中心移动,产热集中区域宽度变窄,塑性环的位置、宽度与计算的温度场具有较好的一致性。

摘要：异种金属连接构件在热-力耦合工况条件下服役时,在热、力的作用下异质连接界面会发生应力变形导致连接界面位置产生空洞、裂纹等缺陷。缺陷影响材料的导电性能,可利用电阻分析技术对裂纹的萌生和扩展进行监测。基于LabVIEW编程语言环境,利用数据采集卡及霍尔电流、电压传感器、温度、位移传感器设计了一套热-力耦合电检测系统。结合铝/钢连续驱动摩擦焊实例,通过分析动态电阻和延伸率的变化,得到复合构件在服役过程中接头失效机理。实践证明,该系统可为异种金属连接构件的实验研究及现场服役监测提供技术支持。