搅拌摩擦焊接中铝合金的带状结构分析

搅拌摩擦焊接中铝合金的带状结构分析

刊名：Journal of Materials Processing Technology（英）

刊期：2015年第221期

作者：A.Tongnea et al

编译：郑颖琳

材料微观结构对焊接的质量影响很大，尤其是在材料流动时，因此需要重视。焊接时材料产生的带状结构可以通过高速显微镜来观测，但交替出现黑白层级带状结构的原因仍不明确，且在描述搅拌摩擦焊接的机械热力学模型时也没有将这种带状结构考虑进去，而采用Xu和Deng模型时可以预测带状结构的出现。

研究表明，材料这种带状结构的范围和特性与焊接过程的参数有关。Jacquin提出了对稳定状态中带状结构进行综合分析的模型，并提出了对6082-T6铝合金焊接过程中的带状结构进行预测的方法。本研究基于材料微观结构，对这种模型的设置和计算方法进行了分析研究。研究包括流动模式、应变速率和温度范围，这些研究基于焊接工具的运动特性、材料的本构方程和工具材料间的摩擦因数。焊接时材料结构的变化和模拟结果间有一定联系，尤其是带状结构和空洞缺陷。

基于时效性的三维有限元机械热力学模型已经有了很大发展。因为搅拌摩擦焊接中材料的高梯度分布需要有细密的网格来描述焊接工具附近的材料流动，同时还需要网格重构来解决网格畸变的问题，因此计算时间会较长。为了解决这个问题，提出了一种利用焊接工具转速和焊接工具周围/较远处的焊接速度来分别计算材料速度的热模型，并提出一个可以描述流体绕圆柱体流动的方程，该方程利用焊接工具周围的焊接速度来描述材料流动。