回填式攪拌摩擦點焊過程溫度場的數值模擬

柴 鵬，左瑩瑩，陳克鵬，齊鉑金，姬書得

（1.北京航空航天大學機械工程及自動化學院，北京 100191； 2.中國航空制造技術研究院，北京 100024； 3.沈陽航空航天大學航空宇航學院，沈陽 110136）

隨著全球資源短缺和環境污染等問題的日趨嚴峻，運載工具的輕量化已成為現代制造業的必然趨勢。一方面可以采用各種輕質合金（如鋁合金和鎂合金）來減小運載工具的重量；另一方面可以通過新型高效的制造工藝技術在提升產品的可靠性的同時，還助力運載工具的輕量化[1]。鋁合金因具有較高的比強度和良好的抗腐蝕性等優點而被廣泛應用于航空航天和汽車制造等領域中。鋁合金的主要點連接技術有鉚接、電阻點焊和攪拌摩擦點焊。鉚接技術存在的主要缺點為工藝復雜（需要預開孔）和增加接頭重量等，而電阻點焊的主要缺點則為耗能多、易產生氣孔和焊后較大的殘余應力等[2–3]。

攪拌摩擦點焊（Friction Stir Spot Welding，FSSW）是以攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）為基礎發展而來的一種新型固相點焊技術[4]，具有操作簡單、焊點質量高、節能環保等優點，目前已應用于汽車制造領域，且在航空航天等領域具有良好的應用前景，美中不足的是，攪拌摩擦點焊仍會在工件表面留下一個影響焊點表面外觀、降低接頭力學性能的匙孔。

回填式攪拌摩擦點焊（Refill Friction Stir Spot Welding，RFSSW）是德國 GKSS 中心于2003 年發明的一種新型點焊技術[5]，該技術通過控制所用攪拌工具各部件的相對運動可獲得無匙孔的焊點。相比于常規FSSW，RFSSW 焊接過程所用攪拌工具更為復雜，其由不旋轉的壓緊環、旋轉的套筒和攪拌針組成[6]，焊接過程可以分為摩擦、下扎、回填與撤離4 個階段：在摩擦階段，壓緊環固定于上板表面，套筒和攪拌針與試板旋轉摩擦，使材料軟化；……