攪拌摩擦焊接工藝研究與焊接過程數(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)無法有效焊接高強度低熔點等輕合金材料的連接問題，為鋁、鎂、銅及其合金等材料帶來了更為廣闊的應用前景，目前已經(jīng)在航空航天、汽車工業(yè)、船舶制造業(yè)等領(lǐng)域得到了成功的應用，但是其理論研究水平卻遠遠落后于實際應用進程，許多關(guān)鍵性的問題，比如焊接過程傳熱機制、熱塑性材料的流動形式以及接頭性能的影響因素等等，還沒一個標準的定論。
　　 本文主要針對攪拌摩擦焊接過程目前的幾個熱點問題，系統(tǒng)地研究了

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

3、能，包括接頭強度、硬度、疲勞性能、殘余應力分布等產(chǎn)生很大的影響。因此，對鋁合金攪拌摩擦焊接過程的溫度場進行了實時測量，得到了焊接過程溫度場在時間和空間上的分布規(guī)律。研究了焊接參數(shù)對焊接過程溫度場的影響規(guī)律，結(jié)果表明焊接過程溫度會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)速度對焊接過程溫度場的影響比較復雜，攪拌頭轉(zhuǎn)速較低時，各點峰值溫度基本上隨著ω的上升而逐漸升高，當攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度超過一定值，溫度開始下降，溫度曲線出現(xiàn)波動，隨著攪

4、拌頭轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高，溫度又逐漸上升。
　　 在試驗的基礎(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，并應用中子衍射法測量了接頭殘余應力的分布，得到了攪拌摩擦焊接頭殘余應力的分布規(guī)律。結(jié)果表明在焊接工藝控制適當?shù)臅r候，能夠得到成形良好，性能優(yōu)異的無缺陷攪拌摩擦焊接頭，接頭抗拉強度能夠達到母材的80％以上；接頭殘余應力水平較低，在焊縫前進側(cè)和后退側(cè)呈不對稱分布，縱向殘余