【摘要】：隨著我國軌道交通建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展,對軌道車輛結(jié)構(gòu)的綜合性能要求也在不斷提升。攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)這一新型固相連接技術(shù)在軌道車輛的生產(chǎn)制造中也得到了廣泛地應(yīng)用。攪拌摩擦焊是一個熱力耦合作用的過程,焊接時材料的溫度變化以及塑性材料的流動都會對焊后殘余應(yīng)力、殘余變形以及焊縫成型的質(zhì)量產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響構(gòu)件的使用壽命,產(chǎn)生安全隱患。因此對攪拌摩擦焊溫度場和流場進(jìn)行深入研究,具有重要的工程價值和實際意義。本文基于傳熱理論和計算流體力學(xué)理論,建立攪拌摩擦焊三維計算模型,對其溫度場和流場展開研究,研究工作如下:(1)產(chǎn)熱解析公式的分析。推導(dǎo)了帶凹角軸肩和帶錐角攪拌針的產(chǎn)熱公式,并對已有公式進(jìn)行了對比和分析;討論了軸肩凹角和攪拌針錐角對產(chǎn)熱和產(chǎn)熱所占比例的影響;在相同的焊接工藝參數(shù)下,分析了軸肩凹角、攪拌針錐角對焊接線能量以及焊接最高溫度的影響。(2)溫度場的模擬分析。改進(jìn)了基于線能量的摩擦系數(shù)預(yù)測-修正方案,焊接移動熱源、原摩擦系數(shù)預(yù)測-修正方案以及改進(jìn)后的摩擦系數(shù)預(yù)測-修正方案通過ABAQUS子程序DFLUX添加到模型中;對平軸肩-圓柱針、平軸肩-圓臺針、凹軸肩-圓柱針以及凹軸肩-圓臺針?biāo)姆N不同攪拌頭的FSW溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬,對比和分析原摩擦系數(shù)預(yù)測-修正方案與改進(jìn)后的摩擦系數(shù)預(yù)測-修正方案對FSW溫度場的影響。(3)流場的模擬分析。采用FLUENT流體分析軟件對平軸肩-圓柱針、平軸肩-圓臺針、凹軸肩-圓柱針以及凹軸肩-圓臺針?biāo)姆N不同攪拌頭的FSW焊接流場進(jìn)行模擬。分析了軸肩凹角和攪拌針錐角對焊接中心區(qū)域的金屬材料水平和垂直方向流動特性的影響;采用平軸肩-圓柱針攪拌頭流體計算模型,模擬不同焊速和轉(zhuǎn)速下材料的流動情況,研究焊速和轉(zhuǎn)速對材料流動特性的影響。通過對攪拌摩擦焊焊接過程溫度場和流場的模擬,得到了焊接材料溫度的變化規(guī)律和焊接中心區(qū)域材料的流動特性,為后續(xù)研究攪拌摩擦焊殘余應(yīng)力、殘余變形以及提高焊縫質(zhì)量提供技術(shù)支持。
【圖文】：

１．２攪拌摩擦焊概述逡逑１．２．１攪拌摩擦焊原理逡逑攪拌摩擦焊接過程的示意圖如圖１．１所示，整個焊接過程分焊接開始、穩(wěn)態(tài)焊接和逡逑焊接結(jié)束三個階段，整個過程中攪拌頭起到至關(guān)重要的作用。攪拌頭由軸肩及攪拌針組逡逑成。焊接開始階段，在下壓力與攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)的共同作用下，攪拌針端部與焊接金屬逡逑摩擦生熱，使焊接金屬軟化，，攪拌針迅速插入焊接金屬的接縫中。當(dāng)d拱枵氬迦牒訃皰義希卞義

本文編號：2670965