TC4鈦合金靜止軸肩和傳統攪拌摩擦焊的溫度場對比

姬書得，卓 彬，高雙勝，邢敬偉，馬秩男, 路 浩

（1. 沈陽航空航天大學，沈陽 110136；2.南車青島四方機車車輛股份有限公司，青島 266111）

攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）技術是由英國焊接研究所（The Welding Institute，TWI）于1991年提出的一種新型的固相連接技術。與傳統的熔化焊接方法相比較，FSW具有低應力、無常規熔焊缺陷、高質量、綠色無污染、焊接過程操作簡單等優點，在鋁合金、鎂合金等導熱率較大的材料以及導熱率較小的薄板材料的焊接中得到了廣泛應用。

然而，在應用該技術對導熱率較小的厚板材料如TC4鈦合金進行焊接時，為保證焊縫中、下部材料獲得較好的流動性，軸肩下方局部區域溫度峰可能超過β相轉變溫度甚至超過TC4的熔點,而且在傳統FSW過程中，易產生表面弧紋與飛邊，二者對于提高FSW接頭的質量均不利。因此，國內外學者提出并研究了靜止軸肩攪拌摩擦焊接技術（Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SSFSW）[1-6]。

周利[7]采用有限元軟件MARC對304不銹鋼與TC4鈦合金進行了傳統攪拌摩擦焊溫度場的有限元模擬，結果表明在鈦合金FSW過程中，焊縫上表面溫度峰值在1100℃以上。姬書得等[8]應用ABAQUS有限元軟件對2mm厚的TC4鈦合金傳統攪拌摩擦焊接過程進行數值模擬并進行試驗驗證，發現焊縫上、下表面的溫度峰值差異較大。Russell等[9]采用靜止軸肩攪拌摩擦焊接技術對6.35mm厚的TC4鈦合金進行焊接，得到近似“碗狀”的宏觀形貌并且焊縫減薄量較小。目前，SSFSW處于可行性研究階段，還沒有應用到工程實際中，所以需開展更深入的研究。本文結合實際焊接情況，以TC4鈦合金為研究對象，建立了基于ABAQUS的有限元模型，討論并對比了相同攪拌針尺寸情況下的傳統和靜止軸肩FSW過程中溫度場的分布。……