激光輔助加熱攪拌摩擦焊數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、攪拌摩擦焊技術(shù)以其焊后殘余應(yīng)力小、變形小和焊接接頭強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于鋁合金、鎂合金和銅合金等材料的焊接。它已被成功應(yīng)用于航空、航天、鐵道車輛、造船和汽車等制造領(lǐng)域。但攪拌摩擦焊技術(shù)在高熔點(diǎn)材料上的應(yīng)用仍然受限于攪拌頭的壽命。在焊接過程中，攪拌針承受著巨大的剪切力和摩擦磨損。預(yù)熱工件可以軟化被焊材料，是提高攪拌頭壽命的方法之一。本文進(jìn)行了Q235鋼激光輔助加熱攪拌摩擦焊數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究。
　　首先，建立了包含激光與攪拌頭雙熱

2、源的激光輔助加熱攪拌摩擦焊接熱源模型。模型考慮了激光對工件材料的預(yù)熱、軸肩與工件的摩擦產(chǎn)熱及攪拌針與工件材料的剪切變形產(chǎn)熱。復(fù)合焊接過程中，激光起到輔助加熱的作用，因此選用高斯面熱源模型。
　　第二，在上述熱源模型的基礎(chǔ)上，建立了激光輔助加熱攪拌摩擦焊接傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算流體動力學(xué)軟件FLUENT對模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲得了被焊工件的溫度場與流場分布。分析了輔助加熱攪拌摩擦焊過程中激光功率、攪拌頭轉(zhuǎn)速和焊接速度等工藝參數(shù)對

3、溫度場和流場的影響。對比分析了有無激光熱源對焊接溫度場和流場的影響。模擬分析可以獲得試件內(nèi)部的溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、速率、流動壓力和剪切力等關(guān)鍵場力的分布。
　　第三，依據(jù)模擬分析的結(jié)果，進(jìn)行了Q235鋼激光輔助加熱攪拌摩擦焊焊接實(shí)驗(yàn)。采用鎢鉬合金攪拌頭，在改制的攪拌摩擦焊機(jī)上進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)研究。研究了下壓量、攪拌頭轉(zhuǎn)速和焊接速度對焊縫形貌的影響。通過金相觀測，分析了焊接接頭熱影響區(qū)、熱力影響區(qū)和焊核區(qū)的顯微結(jié)構(gòu)。通過顯微硬度測定和拉伸