鋁合金超聲輔助攪拌摩擦焊數(shù)值模擬及殘余應(yīng)力分析.pdf

1、超聲輔助攪拌摩擦焊是在攪拌摩擦焊過程中增加縱向超聲振動(dòng)，利用超聲波效應(yīng)改善焊縫組織性能的一種新型金屬固態(tài)焊接技術(shù)?，F(xiàn)有研究主要集中于超聲輔助攪拌摩擦焊對改善焊縫組織性能、提高焊縫質(zhì)量等的試驗(yàn)研究。對其作用機(jī)理方面并未進(jìn)行深入的研究。為了更好的掌握其作用機(jī)制，發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，有必要對超聲輔助攪拌摩擦焊作用機(jī)理進(jìn)行深入的研究。
　　本文通過數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，以2024鋁合金為研究對象，研究超聲輔助摩擦焊的作用機(jī)理，揭示超聲波

2、對改善焊縫性能的機(jī)理。首先，通過計(jì)算流體力學(xué)和彈塑性力學(xué)理論，建立包含超聲作用的超聲輔助摩擦焊熱-力-流耦合數(shù)值模型。其次，通過2024鋁合金的焊接試驗(yàn)、焊接溫度測試及金相分析等手段對數(shù)值模型進(jìn)行驗(yàn)證。最后，試驗(yàn)研究超聲輔助攪拌摩擦焊殘余應(yīng)力分布規(guī)律及變形控制機(jī)理。
　　通過數(shù)值模擬分析，獲得了以下超聲輔助攪拌摩擦焊作用機(jī)理:(1)超聲波的導(dǎo)入使焊接中軸肩面的熱輸入量增大，焊縫表面溫度比相同條件下的攪拌摩擦焊高;同時(shí)，超聲輔助攪拌

3、摩擦焊能夠增大焊接工藝窗口;(2)超聲波對塑性材料流動(dòng)有驅(qū)動(dòng)作用，提高了材料流動(dòng)速度，使材料的散熱速度加快，沿厚度方向產(chǎn)生比攪拌摩擦焊大的溫度梯度;(3)通過對流場的分析，發(fā)現(xiàn)前進(jìn)側(cè)有較大的速度梯度，隨著焊速的提高，前進(jìn)側(cè)的速度梯度隨之增大，前進(jìn)側(cè)焊接成形時(shí)，材料不足，成為焊縫的薄弱處。通過2024鋁合金的焊接溫度測試、拉伸試驗(yàn)和金相組織觀察，驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性。
　　通過試驗(yàn)研究了超聲波輔助攪拌摩擦焊殘余應(yīng)力分布