差厚鋁合金板攪拌摩擦焊的數(shù)值模擬.pdf

1、攪拌摩擦焊是一種新型的固相焊接工藝，且本身兼有普通焊接技術(shù)優(yōu)點。焊接傳熱過程與溫度場分布是攪拌摩擦焊技術(shù)重要的研究領(lǐng)域之一，其對研究殘余應(yīng)力和焊接變形均有重要影響。而焊接冷卻后存在的殘余應(yīng)力對構(gòu)件可靠性，特別是疲勞壽命、尺寸穩(wěn)定性和抗腐蝕性能等都具有十分重要價值。本文采用有限元分析并通過控制變量法，研究差厚鋁合金板攪拌摩擦焊溫度場及殘余應(yīng)力的分布情況。
　　本文根據(jù)攪拌摩擦焊特點，考慮米塞斯屈服準(zhǔn)則和軸肩及攪拌針產(chǎn)熱，以厚度為2m

2、m和4mm的差厚6061-T6鋁合金板材為研究對象，基于ABAQUS有限元分析軟件，通過建立熱源模型，對攪拌摩擦焊溫度場與殘余應(yīng)力模擬分析。研究結(jié)果表明:2mm薄板峰值溫度在446℃左右，4mm薄板峰值溫度在441℃左右，溫度場分布呈不對稱橢圓狀;差厚板殘余應(yīng)力主要表現(xiàn)形式是縱向殘余應(yīng)力，且在垂直焊縫方向上呈M形雙峰分布，縱向殘余應(yīng)力先增大后減小，焊縫中心線附近區(qū)域的縱向殘余應(yīng)力是拉伸應(yīng)力，并向母材邊緣逐漸轉(zhuǎn)化為壓縮應(yīng)力，橫向應(yīng)力表現(xiàn)為

3、拉應(yīng)力，但數(shù)值遠低于縱向應(yīng)力;且4mm薄板殘余拉應(yīng)力峰值和分布范圍都比2mm薄板要小。
　　其次，利用所建數(shù)值模型，通過控制變量法，分別依次改變攪拌頭轉(zhuǎn)動速度、焊接速度以及攪拌頭直徑，對攪拌摩擦焊溫度場和殘余應(yīng)力的影響規(guī)律進行研究。結(jié)果表明在控制變量法下:隨著旋轉(zhuǎn)速度的增大，差厚鋁合金板工件峰值溫度升高，4mm薄板較2mm薄板的高溫區(qū)域溫度場范圍大，焊縫中心兩側(cè)的差厚板殘余應(yīng)力并不相同，差厚鋁合金板兩側(cè)殘余應(yīng)力峰值均與攪拌頭旋轉(zhuǎn)速

4、度成反比，且2mm薄板的縱向殘余應(yīng)力峰值大于4mm薄板。各點溫度在不同焊接速度下均經(jīng)歷一個峰值，且峰值溫度大小與焊接速度成反比;縱向殘余應(yīng)力峰值出現(xiàn)在攪拌區(qū)域的邊緣，隨著焊接速度的增大，差厚板縱向殘余應(yīng)力均相對增大。而2mm薄板峰值殘余應(yīng)力略大于4mm薄板。差厚鋁合金板溫度場與軸肩直徑呈正比，且4mm薄板比2mm薄板的高溫區(qū)域大。隨著軸肩直徑的增加，差厚板的低溫區(qū)域逐漸增大，同時隨著軸肩直徑增大，縱向殘余應(yīng)力峰值也增大。
　　課題