攪拌摩擦焊接中鋁合金的帶狀結構分析

攪拌摩擦焊接中鋁合金的帶狀結構分析

刊名：Journal of Materials Processing Technology（英）

刊期：2015年第221期

作者：A.Tongnea et al

編譯：鄭穎琳

材料微觀結構對焊接的質量影響很大，尤其是在材料流動時，因此需要重視。焊接時材料產生的帶狀結構可以通過高速顯微鏡來觀測，但交替出現黑白層級帶狀結構的原因仍不明確，且在描述攪拌摩擦焊接的機械熱力學模型時也沒有將這種帶狀結構考慮進去，而采用Xu和Deng模型時可以預測帶狀結構的出現。

研究表明，材料這種帶狀結構的范圍和特性與焊接過程的參數有關。Jacquin提出了對穩定狀態中帶狀結構進行綜合分析的模型，并提出了對6082-T6鋁合金焊接過程中的帶狀結構進行預測的方法。本研究基于材料微觀結構，對這種模型的設置和計算方法進行了分析研究。研究包括流動模式、應變速率和溫度范圍，這些研究基于焊接工具的運動特性、材料的本構方程和工具材料間的摩擦因數。焊接時材料結構的變化和模擬結果間有一定聯系，尤其是帶狀結構和空洞缺陷。

基于時效性的三維有限元機械熱力學模型已經有了很大發展。因為攪拌摩擦焊接中材料的高梯度分布需要有細密的網格來描述焊接工具附近的材料流動，同時還需要網格重構來解決網格畸變的問題，因此計算時間會較長。為了解決這個問題，提出了一種利用焊接工具轉速和焊接工具周圍/較遠處的焊接速度來分別計算材料速度的熱模型，并提出一個可以描述流體繞圓柱體流動的方程，該方程利用焊接工具周圍的焊接速度來描述材料流動。