搅拌摩擦焊多平面搅拌头对材料流动行为的影响

作     者：杨智勇 李武鹏 李志强 刘小龙 李卫京 Yang Zhiyong;LI Wupeng;LI Zhiqiang;Liu Xiaolong;LI Weijing

作者机构：北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2022年第58卷第6期

页      面：81-90页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0806[工学-冶金工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：中央高校基本科研业务费专项(重点项目)资助项目(2020JBZ113)。 

主　　题：搅拌摩擦焊 多平面搅拌头 材料塑性流动 焊接热输入 

摘      要：与传统熔化焊相比,搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding,FSW)因温度梯度较小,可以减少焊接裂纹和残余变形,是一种极具前途的铝合金固相焊接方法。相同焊接工艺参数下,搅拌头是影响焊接热输入和材料流动的主要因素之一,决定焊缝的组织与性能。基于固体力学有限元法和A7N01铝合金材料本构方程,建立基于Deform软件搅拌摩擦焊刚黏塑性仿真模型,并通过焊接试验的测温曲线和试验缺陷完成了模型验证,对比分析了圆台、三平面、四平面搅拌头平面对搅拌摩擦焊稳态焊接阶段的温度场、峰值温度曲线和材料流动行为的影响。结果表明,多平面搅拌头的焊接热输入高于圆台搅拌头,在材料塑性流动范围、流动均匀性和有效焊缝等指标方面优于圆台搅拌头。搅拌头的平面特征在材料流动过程中能够起到明显的挤压作用,从而细化焊缝区的晶粒,提高焊接接头的力学性能。基于仿真和试验结果分析,揭示了焊接犁沟缺陷的成因,并提出了预防措施。