随着焊接技术的不断发展,"绿色焊接"的理念被提出,如何减少焊接过程中的弧光、粉尘、噪音等有害物质,降低对操作人员身体的伤害,成为该理念重要研究内容。搅拌摩擦焊(FSW)正是在这一时期从发明到广泛应用迅速发展起来,搅拌摩擦焊接过程中没有电弧、粉尘颗粒和有毒臭氧及氮化物等传统熔化焊的缺点,且此焊接方法为固相连接,避免了金属熔化再凝固带来的硬质相缺陷。目前FSW主要应用于铝、镁等低熔点合金,而在高熔点金属材料方面的实际工程应用几乎没有。为拓展搅拌摩擦焊在高熔点材料方面的应用,本文针对高熔点材料Q235A钢薄板复合热源搅拌摩擦焊展开数值模拟计算的研究,具体内容如下:(1)针对无针光轴肩搅拌头的搅拌摩擦机理,提出中心到边缘热输入非线性增大的反高斯搅拌摩擦焊热源模型。利用有限元分析软件ANSYS对TIG电弧+搅拌摩擦焊+底部预热复合热源高熔点材料钢薄板对接焊先进行温度场的热分析计算,得出焊接中温度全过程。利用自主设计的热电偶测温系统测量工件上特征点的热循环曲线,并与模拟值曲线进行对比,拟合程度非常高,验证了热源模型与散热条件处理的正确性。(2)利用顺序(间接)耦合方法将热分析结果通过载荷形式施加到结构求解计算中,求解计算高熔点材料钢薄板复合热源焊接过程中的应力变化与残余应力分布,得到焊接过程应力变化的规律。通过热弹塑性法计算出薄板的焊后变形量,利用百分表测量出对接板的相对变形量,对比试验变形测量值基本吻合,验证了结构计算方式与约束载荷的正确。(3)通过单因素变化试验对比与正交模拟试验的方法,分析了不同焊接工艺参数对高熔点材料钢薄板复合热源焊接过程中焊缝温度变化影响规律和程度,研究表明:工艺参数的变化使得焊缝上峰值温度出现整体上升或下降趋势,且各因素对焊接温度的影响程度大小排列为焊接速度>TIG电弧焊电流>搅拌头转速。