【摘 要】
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搅拌摩擦焊接（FSW）是一种新型固相连接技术,运用该焊接技术得到的焊缝成形质量良好,可避免熔化焊接中存在的气孔和热裂纹等缺陷。然而,铝合金搅拌摩擦焊接中仍然存在因参数选择不当而导致的疏松、孔洞和底部弱连接等缺陷,这都是焊缝内部塑化金属流动不充分所导致的。本研究采用数值模拟方法,建立焊接模型,以6mm厚的2024铝合金板材搅拌摩擦焊缝塑化金属流动行为为研究对象,重点研究焊缝底部金属流动行为,揭示焊缝
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搅拌摩擦焊接（FSW）是一种新型固相连接技术,运用该焊接技术得到的焊缝成形质量良好,可避免熔化焊接中存在的气孔和热裂纹等缺陷。然而,铝合金搅拌摩擦焊接中仍然存在因参数选择不当而导致的疏松、孔洞和底部弱连接等缺陷,这都是焊缝内部塑化金属流动不充分所导致的。本研究采用数值模拟方法,建立焊接模型,以6mm厚的2024铝合金板材搅拌摩擦焊缝塑化金属流动行为为研究对象,重点研究焊缝底部金属流动行为,揭示焊缝内部疏松、孔洞和弱连接缺陷形成机理。通过焊接速度和焊接转速改变焊接热输入,分析其对焊缝塑化金属流动行为的影响,得到铝合金搅拌摩擦焊缝金属流动模型及焊缝内部缺陷形成机理。焊缝中心材料受到搅拌头搅拌及轴肩剪切带动作用,向RS运动,绕过RS后,最终停留在AS。焊缝中心材料往AS迁移使得焊缝焊核区呈“勺子”状。且“勺子”柄部位于AS靠近焊缝表面位置。焊接热输入较大时（高转速或低焊速）,塑性材料在焊缝中部做环形绕流运动,焊缝底部较少材料迁移;焊接热输入较小时（低转速或高焊速）,塑性材料从AS上部运动到焊缝底部,经过搅拌针底部进入RS。此时容易在焊缝AS上部形成疏松和孔洞缺陷。焊接速度的变化对焊缝塑化金属流动速度基本无影响;焊接转速的变化对焊缝塑化金属流动速度影响较大。在搅拌针底部,塑化金属的流动不再是对称分布,焊缝RS前方塑化金属流动速度最快,AS后方金属流动速度最慢。但改变焊接速度和焊接转速无法根除焊缝底部缺陷;减小焊缝底部的焊接余量可消除焊缝底部缺陷;当焊接余量小于0.05mm时,焊缝底部无弱连接和未焊透缺陷。焊缝底部的塑性金属受到上层金属运动所带来的黏性带动作用及底部平面压力分布不均等因素的影响,在RS靠近焊接前方位置的塑性金属往RS流动;而AS靠近焊接方向后侧的塑性金属向AS运动。若两处塑性金属能顺利混合,则能形成成形质量良好的焊缝;若两处塑性金属混合不充分,则会形成底部弱连接缺陷;若两处塑性金属未能混合,则在焊缝底部形成未焊透缺陷。
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