激光輔助加熱攪拌摩擦焊數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、攪拌摩擦焊技術以其焊后殘余應力小、變形小和焊接接頭強度高等優(yōu)點被廣泛應用于鋁合金、鎂合金和銅合金等材料的焊接。它已被成功應用于航空、航天、鐵道車輛、造船和汽車等制造領域。但攪拌摩擦焊技術在高熔點材料上的應用仍然受限于攪拌頭的壽命。在焊接過程中，攪拌針承受著巨大的剪切力和摩擦磨損。預熱工件可以軟化被焊材料，是提高攪拌頭壽命的方法之一。本文進行了Q235鋼激光輔助加熱攪拌摩擦焊數(shù)值模擬與實驗研究。
　　首先，建立了包含激光與攪拌頭雙熱

2、源的激光輔助加熱攪拌摩擦焊接熱源模型。模型考慮了激光對工件材料的預熱、軸肩與工件的摩擦產(chǎn)熱及攪拌針與工件材料的剪切變形產(chǎn)熱。復合焊接過程中，激光起到輔助加熱的作用，因此選用高斯面熱源模型。
　　第二，在上述熱源模型的基礎上，建立了激光輔助加熱攪拌摩擦焊接傳熱傳質數(shù)學模型，利用計算流體動力學軟件FLUENT對模型進行了數(shù)值模擬，獲得了被焊工件的溫度場與流場分布。分析了輔助加熱攪拌摩擦焊過程中激光功率、攪拌頭轉速和焊接速度等工藝參數(shù)對

3、溫度場和流場的影響。對比分析了有無激光熱源對焊接溫度場和流場的影響。模擬分析可以獲得試件內部的溫度、應力、應變、速率、流動壓力和剪切力等關鍵場力的分布。
　　第三，依據(jù)模擬分析的結果，進行了Q235鋼激光輔助加熱攪拌摩擦焊焊接實驗。采用鎢鉬合金攪拌頭，在改制的攪拌摩擦焊機上進行焊接實驗研究。研究了下壓量、攪拌頭轉速和焊接速度對焊縫形貌的影響。通過金相觀測，分析了焊接接頭熱影響區(qū)、熱力影響區(qū)和焊核區(qū)的顯微結構。通過顯微硬度測定和拉伸