FSW温度场模拟：Fluent在铝合金搅拌摩擦焊中的应用

"基于Fluent的搅拌摩擦焊温度场模型建立与数值仿真 (2012年)" 搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）是一种先进的固态焊接技术，适用于多种材料，尤其是铝合金，因其在航空航天、船舶制造等领域中的广泛应用而备受关注。该技术通过旋转的搅拌工具对工件产生摩擦热，促使材料塑性流动，从而实现接合。在FSW过程中，温度的分布至关重要，因为它直接影响焊缝的性能，包括微观组织、力学性能以及焊接应力和变形。 该研究中，作者夏罗生利用流体动力学软件Fluent，建立了搅拌摩擦焊的三维温度场模型，对铝合金厚板进行了数值仿真。Fluent软件广泛应用于热流体领域的计算，能够精确模拟复杂的热传导和流体流动现象。 仿真结果显示，焊缝上表面的温度场形状随着离焊缝中心的距离变化而变化，从“圆形”演变为“椭圆形”。温度呈现出先升高后降低的趋势，这表明热量在焊缝区域的传播和散发具有一定的规律性。在焊缝横截面上，温度场呈“倒金字塔”形状，顶部温度最高，随着深度增加，温度逐渐下降，这反映了热量主要集中在焊缝上部并向下扩散的特点。 轴肩的摩擦热是影响焊缝区域温度分布的关键因素。搅拌头的轴肩与工件接触产生的摩擦热导致材料升温，其影响力随深度增加而逐渐减弱。这一发现对于理解焊接过程中的热源分布和热量传递有重要价值，也为优化搅拌头设计和控制焊接工艺提供了理论依据。 通过对比仿真结果与实验数据，研究证实了所建立的温度场模型的准确性和实用性。该模型可以用于预测和控制FSW过程中焊缝的温度分布，进而优化焊接工艺，减少试验次数，降低成本，提高焊接质量。此外，该研究还为搅拌摩擦焊的工艺参数选择和焊缝性能的预测提供了理论支持，对于推动FSW技术在实际生产中的应用具有积极意义。 这篇论文深入探讨了搅拌摩擦焊的温度场建模和数值仿真，为理解和改善FSW工艺提供了重要的科学基础。通过Fluent软件进行的仿真工作展示了数值模拟在解决复杂焊接问题上的强大能力，并且为后续研究和工程实践提供了参考。