攪拌針截面形狀對攪拌摩擦焊接熱過程和塑性材料流動的影響.pdf

1、攪拌頭是攪拌摩擦焊接(FSW)工藝和設(shè)備的重要組成部分，也是決定焊縫質(zhì)量的重要因素。大量的實驗研究表明，攪拌頭的形狀會對焊縫的宏觀形貌、微觀組織以及焊接接頭的力學性能等產(chǎn)生很大的影響。相對于傳統(tǒng)的圓柱/圓臺形攪拌針，復雜截面形狀的攪拌針能顯著提高焊接接頭的性能并能改善攪拌頭的受力狀態(tài)。研究攪拌針形狀對攪拌摩擦焊接熱過程和塑性材料流動的影響，對于豐富FSW工藝理論和實現(xiàn)攪拌頭的優(yōu)化設(shè)計，具有重要的理論意義和工程實用價值。
　　針對常

2、規(guī)的CT攪拌針（圓臺形攪拌針），建立了FSW焊接過程的數(shù)學模型，分析FSW焊接過程中產(chǎn)熱、溫度分布和材料塑性流動的基本規(guī)律?？疾炝私缑鏍顟B(tài)參量（滑移系數(shù)和摩擦系數(shù)）對模擬結(jié)果的影響。
　　根據(jù)攪拌頭-工件界面上的受力特點，推導出了滑移系數(shù)和摩擦系數(shù)的表達式，該表達式中的攪拌頭扭矩和軸向壓力通過實驗測得;軸肩/攪拌針底面與攪拌針側(cè)面上的剪切應(yīng)力比值，通過某些點的溫度測量值與計算值的逼近而獲得?；谶@種測試-計算法，獲得了不同工藝參數(shù)

3、下的滑移系數(shù)和摩擦系數(shù)，避免了其取值的隨意性，為提高數(shù)值模擬的精度奠定了基礎(chǔ)。
　　綜合考慮了復雜截面形狀攪拌針ST（有4個平面的圓臺形攪拌針）和TT（有3個平面的圓臺形攪拌針）的特點，建立了三維“準穩(wěn)態(tài)動參考系”+“瞬態(tài)滑移網(wǎng)格”模型，該模型更接近實際的攪拌摩擦焊接過程，且能兼顧計算時間和計算的準確性。重點討論和分析了ST和TT在攪拌針側(cè)面平面區(qū)域的產(chǎn)熱、材料流動速度及受力狀態(tài)，并采用測試-計算法研究了攪拌針形狀對滑移系數(shù)和摩擦

4、系數(shù)的影響規(guī)律。
　　基于建立的針對復雜截面形狀攪拌針的FSW焊接過程數(shù)學模型，計算了CT、ST和TT三種攪拌頭情況下焊接過程中的產(chǎn)熱、溫度分布和塑性流動行為，定量分析了不同時刻ST和TT攪拌針周圍材料塑性流動的特點。研究發(fā)現(xiàn)，攪拌針形狀對FSW焊接過程的總產(chǎn)熱量和軸肩處的產(chǎn)熱分布規(guī)律的影響很小，而對攪拌針側(cè)面產(chǎn)熱分布規(guī)律影響較大;攪拌針形狀對最高溫度的影響小于30 K，ST和TT攪拌針旋轉(zhuǎn)過程中，攪拌針周圍溫度的波動振幅小于10