鈦合金攪拌摩擦焊工藝研究及溫度場分析.pdf

1、攪拌摩擦焊(Friction stirwelding簡稱FSw)是一種新型的固態(tài)焊接工藝，被譽為“繼激光焊后最為革命性的連接技術(shù)”。與傳統(tǒng)焊接方法相比，它不但能夠得到性能優(yōu)良的焊接接頭，而且能夠焊接一些傳統(tǒng)方法很難完成的材料的焊接，比如高強鋁、低碳鋼和鈦合金等。由于FSW具有許多優(yōu)點，人們進行大量攪拌摩擦焊試驗，以期在工程上盡快使用這種先進的連接方法。 本文選擇應用前景較好的TC4鈦合金作為研究對象。在焊接過程中，通過改變焊接的

2、工藝參數(shù)，如攪拌頭的軸向壓力、旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度等，以得到良好的焊接接頭，然后對接頭進行分析。分析得出：鈦合金的攪拌摩擦焊接接頭分為攪拌區(qū)、熱機械影響區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū)，其中熱影響區(qū)僅受熱影響的作用，β相增大；熱機械影響區(qū)在熱影響和塑性變形雙重作用下發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，出現(xiàn)了大量的等軸α相晶粒；攪拌區(qū)的溫度達到β相變溫度以上，在攪拌頭的攪拌下，這個區(qū)域發(fā)生劇烈變形，組織為原始β相及轉(zhuǎn)變β相。 然后對攪拌摩擦焊溫度場進行有限元分析，

3、使研究具有一定的理論支持，而且焊接過程中工件的溫度分布也是研究攪拌摩擦焊接的重要方面。本次研究使用了ANSYS軟件，并將瞬態(tài)溫度場轉(zhuǎn)化為很小時間步內(nèi)的準穩(wěn)態(tài)分析，運用了ANSYS的APDL參數(shù)化編程功能。在溫度場的模擬過程中，采用移動坐標系的方法來代替攪拌頭移動的過程，忽略焊接過程中金屬塑性變形產(chǎn)生的熱量，其熱源包括攪拌頭的軸肩和工件的摩擦生熱以及攪拌針和周圍材料作用生成的熱。將模擬結(jié)果與試驗結(jié)果分析、對比和驗證，說明模型和試驗結(jié)果相符