載流-攪拌摩擦焊接內(nèi)生電阻熱效應(yīng)及攪拌頭磨損行為的研究.pdf

1、本論文研究來源于國家自然科學(xué)基金面上項目：載流攪拌摩擦焊接熱效應(yīng)及其組織結(jié)構(gòu)變化規(guī)律（51075413/E050803）。攪拌摩擦焊技術(shù)由于可以避免傳統(tǒng)熔化焊中的氣孔、夾雜、裂紋等焊接缺陷，因而成為了近二十年內(nèi)在世界范圍內(nèi)得到快速發(fā)展與廣泛工程應(yīng)用的焊接技術(shù)之一。然而，常規(guī)的攪拌摩擦焊在焊接高熔點合金上的應(yīng)用卻由于焊接熱輸入低而受到約束。本文所研究的載流-攪拌摩擦焊技術(shù)將攪拌摩擦焊中的摩擦熱源與電阻熱結(jié)合，在焊接過程中形成復(fù)合熱源，為焊

2、縫提供熱輸入，從而可以減少焊接缺陷、提高焊接效率、擴展攪拌摩擦焊技術(shù)的可應(yīng)用范圍。
　　然而，目前尚缺乏關(guān)于載流-攪拌摩擦焊熱、力、電耦合過程的數(shù)值模擬的研究，且目前已有的研究未涉及到工件變形對攪拌頭-工件接觸情況以及電流密度分布和溫度場的影響。本文基于有限元方法，建立了熱、力、電多物理場耦合的載流-攪拌摩擦焊模型，對所得到的工件溫度場、應(yīng)力場和電流場等進行了分析，并用實驗驗證了數(shù)值模型的正確性。利用焊接階段工件的溫度最大值曲線對

3、攪拌摩擦熱-電阻熱復(fù)合熱源產(chǎn)熱的穩(wěn)定性進行了評估。結(jié)果表明，工件與攪拌頭之間并不能達到完全緊密接觸，而只能部分接觸。當(dāng)有電流通過接觸面積較小的攪拌頭/工件界面時，會發(fā)生電流聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致局部電流顯著升高。在焊接階段總體產(chǎn)熱相近的情況下，相比電壓控制的載流-攪拌摩擦焊，電流控制的載流-攪拌摩擦焊中的工件更容易出現(xiàn)極高的溫度。將工件焊接階段的溫度最大值進行線性擬合后得到的均方誤差可用來定量地表征工件在焊接階段溫度的整體波動程度。
　　

4、此外，本文還利用Archard磨損模型和Usui磨損模型對攪拌頭的磨損進行了預(yù)測，并通過實驗得到的實際攪拌頭磨損結(jié)果對兩種模型的預(yù)測效果進行了評估。比較了冷加工攪拌頭與直接金屬激光燒結(jié)攪拌頭的實際磨損量和預(yù)測磨損量，利用兩種攪拌頭的顯微結(jié)構(gòu)及硬度等特征解釋了其磨損性能的差異。結(jié)果表明，Archard磨損模型可以準確地反映出攪拌頭的硬度對其磨損的影響。冷加工攪拌頭的最大磨損深度均遠遠大于DMLS攪拌頭。DMLS攪拌頭耐磨性較好的原因是其晶