基于COMSOL的攪拌摩擦焊熱場影響因素數值計算.pdf

1、隨著現代工業(yè)的快速發(fā)展，焊接作為工業(yè)制造的一項基礎技術，其水平的高低逐漸成為工業(yè)和科技發(fā)展程度的重要衡量標準。攪拌摩擦焊(FSW)的出現，為焊接技術領域帶來了一次新的革命，極大地改善了有色金屬的焊接狀況，在各個工業(yè)領域都有著良好的應用前景，對推動工業(yè)發(fā)展、創(chuàng)造社會經濟效益有著重要的作用。但攪拌摩擦焊技術出現的時間并不長，還處在研究和發(fā)展完善階段，人們對其了解還存在一定的欠缺。焊接中的溫度及其分布對接頭性能有著最為直接的影響，通過多角度模

2、擬分析溫度場的分布狀況及特征來研究FSW可以對其有進一步的了解。
　　本文以FSW為基礎，使用COMSOL Multiphysics軟件并采用有限元方法建立了三維模型，依次進行了將焊接參數、工件材料、攪拌頭形狀作為變量的有限元模擬分析，得出這種情況下焊縫的溫度場及其等值面的分布特征，并對模型溫度及其接頭組織情況進行了理論分析，發(fā)現了一些變化規(guī)律。
　　研究分析的主要結論如下：
　　(1)在FSW中，無論試驗參數如何改變

3、，采用何種焊接材料以及采用何種形狀的攪拌頭，都存在焊前側的溫度場及其等值面的等溫區(qū)域面積均較焊后側大；焊接中的最高溫度均分布在攪拌頭與金屬組織相接處的表面上且僅出現在較小的區(qū)域或者點域內；溫度隨著離開中心距離的增大而逐漸降低，距離焊接中心越遠，溫度下降速度越慢，溫度梯度越小。
　　(2)在FSW實驗當中，對于焊接速度、攪拌頭轉速和法向壓力三個參數，任意改變其中一個參數而將其它兩個參數設為定值時，接頭組織達到塑性狀態(tài)所需要的時間與參

4、數數值之間存在非線性正比關系；溫度場分布面積與參數數值之間存在非線性反比關系。
　　(3)焊接當中在金屬材料達到塑性狀態(tài)前，接頭部分的溫度隨著焊接參數數值的增大而迅速升高；在接頭部分達到最高溫度后，溫度在一個較小的變化范圍內波動。
　　(4)不同材料進行FSW時最優(yōu)的焊接工藝參數各不相同，在轉速、焊接速度、法向壓力三個焊接參數當中轉速和焊接速度對最高溫度的影響較大，法向壓力對最高溫度的影響相對較小。
　　(5)采用Tr