鋁合金攪拌摩擦焊殘余應(yīng)力檢測(cè)及數(shù)值模擬.pdf

1、攪拌摩擦焊(frictionstirwelding，F(xiàn)SW)是英國(guó)焊接研究所(TWI)于1991年針對(duì)鋁合金開(kāi)發(fā)的一種先進(jìn)的固相連接技術(shù)。與傳統(tǒng)的焊接方法相比具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、變形小、無(wú)污染、成本低等特點(diǎn)。
　　 攪拌摩擦焊作為一種新型的固態(tài)焊接技術(shù)，還存在著許多問(wèn)題需要更深入廣泛地研究，如材料的流動(dòng)、溫度場(chǎng)、接頭的殘余應(yīng)力等。目前國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)手段及數(shù)值模擬方法對(duì)攪拌摩擦焊接熱過(guò)程及焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行了許多研究，但針

2、對(duì)鋁合金薄板失穩(wěn)變形的研究較少，因此通過(guò)試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法來(lái)研究鋁合金薄板攪拌摩擦焊接頭的殘余應(yīng)力和失穩(wěn)變形規(guī)律，對(duì)在大型鋁合金薄板結(jié)構(gòu)制造中推廣和應(yīng)用攪拌摩擦焊技術(shù)具有重要工程應(yīng)用意義。
　　 本文采用盲孔法對(duì)3mmLY12鋁合金薄板在不同焊接參數(shù)下進(jìn)行攪拌摩擦焊對(duì)接后的殘余應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)量和分析。為了消除孔邊塑性變形對(duì)測(cè)量精度的影響，建立了三維有限元法模擬了應(yīng)變釋放系數(shù)的測(cè)試試驗(yàn)，使用基于孔邊形狀改變比能S的A、B系數(shù)

3、修正法對(duì)盲孔釋放系數(shù)進(jìn)行修正。結(jié)果表明：接頭殘余應(yīng)力呈不對(duì)稱分布，前進(jìn)側(cè)應(yīng)力高于返回側(cè)；縱向殘余應(yīng)力總是高于橫向殘余應(yīng)力，但是橫向殘余應(yīng)力并非在零附近，而是有一定的大小，約為焊前母材強(qiáng)度的12.7％；在一定范圍內(nèi)，攪拌摩擦焊接接頭殘余應(yīng)力隨旋轉(zhuǎn)速度先增大后減小，隨下壓量和焊接速度的增加而增加。
　　 其次建立了三維有限元模型并分析攪拌摩擦焊過(guò)程中溫度場(chǎng)的分布。在溫度場(chǎng)模型中施加邊界條件，確定攪拌摩擦焊熱源模型，得到整個(gè)焊接過(guò)程中

4、的熱循環(huán)曲線，最高溫度值均在各自的高塑性溫度區(qū)間。最后采用間接熱耦合法把在溫度場(chǎng)中得到的熱載荷施加到構(gòu)件模型中，獲得了薄板焊后的殘余應(yīng)力及焊接熱彈塑性失穩(wěn)變形分布特征。同時(shí)研究了焊接速度、旋轉(zhuǎn)速度等焊接參數(shù)對(duì)溫度分布及殘余應(yīng)力分布的影響。模擬結(jié)果與相關(guān)實(shí)驗(yàn)吻合良好。殘余應(yīng)力計(jì)算分析表明，LY12鋁合金薄板攪拌摩擦焊對(duì)接接頭的縱向殘余應(yīng)力數(shù)值較大，接近材料的屈服強(qiáng)度，與試驗(yàn)測(cè)量值有較大差異。但基于殘余應(yīng)力計(jì)算的固有應(yīng)變法和間接熱耦合法得到