铝合金双轴肩搅拌摩擦焊热-力-流全耦合仿真及材

研究背景与问题

在铝合金加工领域，双轴肩搅拌摩擦焊（Bobbin Tool Friction Stir Welding, BT-FSW）技术因其独特的焊接机理，在提高焊接质量、降低能耗等方面展现出显著优势。然而，与传统搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）相比，BT-FSW因引入上下轴肩，使得焊接过程中的材料流动行为更为复杂，转速对材料流动的影响成为关键因素。因此，深入研究转速对BT-FSW过程中材料流动行为的影响，对于优化焊接工艺、提高焊接质量具有重要意义。

研究方法

本研究采用有限元仿真方法，构建了BT-FSW过程的数值模型。该模型综合考虑了焊接过程中的热、力和流三个耦合场，以揭示转速对材料流动行为的影响。首先，基于热力耦合分析，建立了焊接过程中的热源分布模型，通过热力耦合算法计算了焊接温度场。其次，采用流固耦合算法，模拟了搅拌头运动过程中材料的流动状态，分析了不同转速下材料流动行为的差异。最后，结合实际焊接实验，验证了仿真结果的准确性。

核心结果

通过仿真研究，我们发现转速对BT-FSW过程中的材料流动行为具有显著影响。具体而言，随着转速的增加，焊接温度场分布发生改变，材料流动速度和方向也随之发生变化。此外，不同转速下，搅拌头周围的材料流动模式也存在差异，其中高转速条件下材料流动更为剧烈，但焊接接头的成形质量较差。本研究进一步揭示了转速与焊接接头质量之间的关系，为BT-FSW工艺参数的优化提供了理论依据。

结论与意义

本研究通过有限元仿真，深入分析了转速对BT-FSW过程中材料流动行为的影响。结果表明，转速对焊接过程中的热力耦合场及材料流动模式具有显著影响。本研究不仅揭示了转速与焊接接头质量之间的关系，为BT-FSW工艺参数的优化提供了理论指导，而且有助于提高焊接质量和降低能耗。此外，本研究还为铝合金双轴肩搅拌摩擦焊技术的进一步研究奠定了基础，对于推动铝合金焊接技术的发展具有重要意义。

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