FSW温度场有限元模拟：固态焊接工艺的优势与应用

本研究论文聚焦于"搅拌摩擦焊温度场模拟"，这是一种创新的焊接技术，由英国焊接研究所(TWI)在1991年首次提出。搅拌摩擦焊接（FSW）利用摩擦热进行固结合，通过非消耗工具形成焊缝，尤其适用于铝及其合金的焊接，近年来也扩展到了其他金属如碳钢、铝合金钢等。 论文首先介绍了FSW的基本原理，通过将两个板对接或搭接，使用带有阶梯轴肩和特殊形状焊针的工具进行操作。焊接过程中，旋转的焊针产生摩擦热，使得材料在塑性范围内变形，材料沿焊针路径流动并最终冷却形成焊缝。这种方法相较于传统熔焊，有显著的优势，如避免高温环境下可能产生的硬化裂纹、熔融裂纹和孔隙问题，以及减少组织和力学性能的变化，从而保持或改善焊接材料的机械性能。 温度场模拟是本研究的核心内容，作者运用有限元方法对FSW过程中的温度分布进行了细致分析。通过这种方式，研究人员能够更好地理解焊接过程中热量传递的动态过程，包括热源产生的位置、速度和温度梯度，这对于优化焊接参数和预测焊缝质量至关重要。实验验证部分，通过对比模拟结果与实际焊接实验数据，验证了模拟模型的准确性和可靠性。 论文强调了FSW工艺参数的控制相对较少，这使得它具有更高的灵活性和适应性。然而，尽管如此，仍需精细调整诸如压力、速度、工具旋转速度等参数，以确保焊接质量。此外，由于温度较低，FSW产生的焊缝残余应力通常低于熔焊，减少了后续加工中的应力集中问题。 总结来说，这项研究深入探讨了搅拌摩擦焊的温度场特性，不仅提供了对焊接过程的理解，还为优化工艺参数和改进焊接质量提供了理论支持，对于推动焊接技术的发展和应用具有重要意义。