攪拌摩擦焊溫度場數(shù)值模擬研究.pdf

1、攪拌摩擦焊(FSW)作為一種固相焊接技術(shù)是輕金屬連接的創(chuàng)新工藝，尤其在焊接鋁及其合金材料時有很大的優(yōu)勢。攪拌摩擦焊溫度場的深入研究對優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，指導(dǎo)攪拌頭結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及防止焊接缺陷的形成具有十分重要的意義。
　　本文首先對國內(nèi)外攪拌摩擦焊溫度場數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展概況，以及異種金屬的攪拌摩擦焊接現(xiàn)狀進行了比較全面的總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)攪拌摩擦焊接過程的產(chǎn)熱特點和摩擦生熱理論，建立了合適的溫度場仿真數(shù)學(xué)模型。其次，采用ANSY

2、S有限元軟件模擬2A12鋁合金薄板的攪拌摩擦焊接熱過程。在所建立的三維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)有限元模型中，提出了本文較新的接觸條件和邊界條件，并利用APDL編制源程序，采用移動的柱面坐標(biāo)系來模擬熱源的移動。其中最重要的內(nèi)容就是2A12鋁合金薄板攪拌摩擦焊接過程的溫度場仿真結(jié)果分析。在2A12鋁合金的仿真結(jié)果分析中，分別按照焊接預(yù)熱、穩(wěn)態(tài)焊接和焊接結(jié)束三個階段對鋁合金攪拌摩擦焊的溫度場進行分析，從中得出了鋁合金攪拌摩擦焊溫度場的分布規(guī)律。同時研究了被

3、焊工件上不同位置、不同節(jié)點的溫度變化規(guī)律和焊接工藝參數(shù)對溫度場分布的影響，并優(yōu)化了攪拌頭預(yù)熱時間和墊板與工件間熱傳導(dǎo)系數(shù)的選取。最后，進行了異種鋁合金板攪拌摩擦焊數(shù)值模擬的研究。通過研究，提出了不同于同種板焊接的有限元模型和邊界條件，模擬了2A12和6061-T6鋁合金薄板的攪拌摩擦焊接熱過程，得出了異種板焊接特殊的溫度場分布形式。并結(jié)合焊接工藝參數(shù)對溫度場分布的影響研究了幾種典型焊接缺陷的形成和影響因素，這些缺陷可通過優(yōu)化焊接工藝參數(shù)