5005鋁合金攪拌摩擦焊接實(shí)驗(yàn)與溫度場(chǎng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、攪拌摩擦焊（FSW）是一種先進(jìn)的固相連接技術(shù)，具有能耗低、環(huán)保以及優(yōu)良的焊接特性等優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)于鎂合金、鋁合金等輕質(zhì)合金的焊接極具優(yōu)勢(shì)。FSW溫度場(chǎng)是研究該焊接技術(shù)的主要方向之一，明確焊接溫度場(chǎng)的分布有助于優(yōu)化工藝參數(shù)、防止焊縫缺陷產(chǎn)生，對(duì)提高焊接質(zhì)量具有重要的指導(dǎo)意義。本文主要針對(duì)5005鋁合金，采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，開(kāi)展了其FSW溫度場(chǎng)研究。
　　文中進(jìn)行了5005鋁合金的材料性能試驗(yàn)，獲得了其高溫力學(xué)性能和基本的熱物理

2、性能參數(shù)。設(shè)計(jì)和實(shí)施了不同焊接參數(shù)下4mm厚5005鋁合金板的FSW對(duì)接焊實(shí)驗(yàn)，通過(guò)埋入熱電偶的方法測(cè)得了焊接過(guò)程的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)，并分析了溫度場(chǎng)分布特點(diǎn)。
　　文中建立了FSW溫度場(chǎng)有限元計(jì)算模型，對(duì)比分析了不同熱源模型對(duì)模擬結(jié)果的影響。針對(duì)圓柱攪拌針的攪拌頭推導(dǎo)了一種FSW熱源模型的一般表達(dá)式，按照滑動(dòng)摩擦、粘著摩擦和混合滑動(dòng)摩擦與粘著摩擦3種機(jī)制計(jì)算其中的摩擦應(yīng)力，得到了3種不同熱源模型。應(yīng)用其開(kāi)展了6061-T6鋁合金板的FS

3、W溫度場(chǎng)模擬。模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明，基于粘著摩擦和混合滑動(dòng)摩擦與粘著摩擦的模型能較好地預(yù)測(cè)溫度場(chǎng)，且兩者給出的焊接穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)基本一致，而基于滑動(dòng)摩擦的模型預(yù)測(cè)的溫度場(chǎng)偏高。從實(shí)用性和有效性綜合考慮，基于粘著摩擦的熱源模型相對(duì)較簡(jiǎn)單且合理，是進(jìn)行溫度場(chǎng)模擬的一種較優(yōu)的選擇。
　　采用實(shí)驗(yàn)獲得的材料性能數(shù)據(jù)和前面驗(yàn)證的基于粘著摩擦的熱源模型，建立了4mm厚5005鋁合金FSW溫度場(chǎng)有限元計(jì)算模型。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)獲得的溫度