攪拌摩擦焊接中鋁合金的帶狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)對(duì)焊接的質(zhì)量影響很大，尤其是在材料流動(dòng)時(shí)，因此需要重視。焊接時(shí)材料產(chǎn)生的帶狀結(jié)構(gòu)可以通過(guò)高速顯微鏡來(lái)觀測(cè)，但交替出現(xiàn)黑白層級(jí)帶狀結(jié)構(gòu)的原因仍不明確，且在描述攪拌摩擦焊接的機(jī)械熱力學(xué)模型時(shí)也沒(méi)有將這種帶狀結(jié)構(gòu)考慮進(jìn)去，而采用Xu和Deng模型時(shí)可以預(yù)測(cè)帶狀結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。

研究表明，材料這種帶狀結(jié)構(gòu)的范圍和特性與焊接過(guò)程的參數(shù)有關(guān)。Jacquin提出了對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)中帶狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析的模型，并提出了對(duì)6082-T6鋁合金焊接過(guò)程中的帶狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。本研究基于材料微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)這種模型的設(shè)置和計(jì)算方法進(jìn)行了分析研究。研究包括流動(dòng)模式、應(yīng)變速率和溫度范圍，這些研究基于焊接工具的運(yùn)動(dòng)特性、材料的本構(gòu)方程和工具材料間的摩擦因數(shù)。焊接時(shí)材料結(jié)構(gòu)的變化和模擬結(jié)果間有一定聯(lián)系，尤其是帶狀結(jié)構(gòu)和空洞缺陷。

基于時(shí)效性的三維有限元機(jī)械熱力學(xué)模型已經(jīng)有了很大發(fā)展。因?yàn)閿嚢枘Σ梁附又胁牧系母咛荻确植夹枰屑?xì)密的網(wǎng)格來(lái)描述焊接工具附近的材料流動(dòng)，同時(shí)還需要網(wǎng)格重構(gòu)來(lái)解決網(wǎng)格畸變的問(wèn)題，因此計(jì)算時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，提出了一種利用焊接工具轉(zhuǎn)速和焊接工具周圍/較遠(yuǎn)處的焊接速度來(lái)分別計(jì)算材料速度的熱模型，并提出一個(gè)可以描述流體繞圓柱體流動(dòng)的方程，該方程利用焊接工具周圍的焊接速度來(lái)描述材料流動(dòng)。