搅拌头几何对AZ91镁合金搅拌摩擦焊温度场及材料变形的影响

为探究搅拌头几何对搅拌摩擦焊接的影响,基于DEFORM-3D软件,应用全热力耦合有限元分析技术对AZ91镁合金板材搅拌摩擦焊接过程进行了仿真研究,并深入探讨了轴肩凹角和搅拌针锥角的独立变化对焊接过程温度场及材料变形的影响.结果表明,轴肩凹角和搅拌针锥角的变化对焊接过程的温度和材料变形有显著影响.随轴肩凹角增大,焊接温度和塑性应变呈非线性升高,且其变化敏度逐渐减小.凹角由0°增至3°,温度由503升至551℃,应变由107增至134 mm/mm;凹角由3°增至4.5°,温度由551升至556℃,应变由134增至138mm/mm.随搅拌针锥角增大,焊接温度和塑性应变均在达到最大值后下降.锥角2.5°时温度值最大,为508℃;2.5°~12.5°,温度由508降至495℃.锥角为5°时塑性应变值最大,为121 mm/mm,5°~12.5°应变由121降至115 mm/mm.综上建议,轴肩凹角和搅拌针锥角不宜过大或过小,分别取3°和5°时,焊接过程中温度和材料变形较佳.

AA6061-T6板材搅拌摩擦焊温度场仿真

基于摩擦产热机制对搅拌摩擦焊接过程瞬态温度场进行了仿真研究,发展了基于线能量的摩擦系数预测-修正方案,给出了平轴肩-圆柱针、凹轴肩-圆柱针、平轴肩-圆台针三种搅拌头的摩擦产热公式.将上述方案和公式通过ABAQUS软件的DFLUX子程序实现,对AA6061-T6铝合金板材搅拌摩擦焊接过程温度场进行仿真.仿真结果显示:基于线能量的摩擦系数预测-修正方案能够有效地反映摩擦系数随温度升高而减小的变化趋势;焊接最高温度随着轴肩凹角的增大而增大,随着搅拌针锥角的增大而减小.