攪拌摩擦焊接工藝研究與焊接過(guò)程數(shù)值模擬.pdf

1、攪拌摩擦焊接技術(shù)的發(fā)明，成功地解決了傳統(tǒng)熔焊技術(shù)無(wú)法有效焊接高強(qiáng)度低熔點(diǎn)等輕合金材料的連接問(wèn)題，為鋁、鎂、銅及其合金等材料帶來(lái)了更為廣闊的應(yīng)用前景，目前已經(jīng)在航空航天、汽車(chē)工業(yè)、船舶制造業(yè)等領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用，但是其理論研究水平卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于實(shí)際應(yīng)用進(jìn)程，許多關(guān)鍵性的問(wèn)題，比如焊接過(guò)程傳熱機(jī)制、熱塑性材料的流動(dòng)形式以及接頭性能的影響因素等等，還沒(méi)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的定論。
　　 本文主要針對(duì)攪拌摩擦焊接過(guò)程目前的幾個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，系統(tǒng)地研究了

2、焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接過(guò)程溫度場(chǎng)、接頭性能和殘余應(yīng)力分布等的影響規(guī)律，并建立了攪拌摩擦焊接過(guò)程溫度場(chǎng)和熱力耦合數(shù)值模型，對(duì)焊接過(guò)程中的溫度和動(dòng)態(tài)應(yīng)力以及焊后殘余應(yīng)力分布進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并對(duì)焊接過(guò)程缺陷的形成和影響因素進(jìn)行了分析，提出了通過(guò)優(yōu)化焊接工藝參數(shù)來(lái)消除缺陷的方法，為攪拌摩擦焊技術(shù)的推廣應(yīng)用以及理論體系的建立打下了良好的基礎(chǔ)。
　　 焊接過(guò)程溫度場(chǎng)的分布是研究攪拌摩擦焊技術(shù)的基礎(chǔ)，溫度場(chǎng)不僅決定了接頭的微觀組織結(jié)構(gòu)，而且會(huì)對(duì)接頭性

3、能，包括接頭強(qiáng)度、硬度、疲勞性能、殘余應(yīng)力分布等產(chǎn)生很大的影響。因此，對(duì)鋁合金攪拌摩擦焊接過(guò)程的溫度場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)時(shí)測(cè)量，得到了焊接過(guò)程溫度場(chǎng)在時(shí)間和空間上的分布規(guī)律。研究了焊接參數(shù)對(duì)焊接過(guò)程溫度場(chǎng)的影響規(guī)律，結(jié)果表明焊接過(guò)程溫度會(huì)隨著焊接速度的提高和降低而下降和升高，而攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度對(duì)焊接過(guò)程溫度場(chǎng)的影響比較復(fù)雜，攪拌頭轉(zhuǎn)速較低時(shí)，各點(diǎn)峰值溫度基本上隨著ω的上升而逐漸升高，當(dāng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度超過(guò)一定值，溫度開(kāi)始下降，溫度曲線出現(xiàn)波動(dòng)，隨著攪

4、拌頭轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高，溫度又逐漸上升。
　　 在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究了焊接參數(shù)，主要是焊接速度、攪拌頭轉(zhuǎn)速等因素，對(duì)接頭拉伸性能、斷裂形式、表面成形、接頭彈性模量等的影響，并應(yīng)用中子衍射法測(cè)量了接頭殘余應(yīng)力的分布，得到了攪拌摩擦焊接頭殘余應(yīng)力的分布規(guī)律。結(jié)果表明在焊接工藝控制適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，能夠得到成形良好，性能優(yōu)異的無(wú)缺陷攪拌摩擦焊接頭，接頭抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到母材的80％以上；接頭殘余應(yīng)力水平較低，在焊縫前進(jìn)側(cè)和后退側(cè)呈不對(duì)稱分布，縱向殘余