搅拌摩擦点焊搅拌头形状三维流场研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

传统的点连接方式包括电阻点焊、激光焊和铆接。然而，电阻点焊存在电能消耗大、热变形严重、电极损耗快、工作环境差等重大缺点；激光焊存在激光束反射 率大、易产生气孔缺陷等问题；而铆接又会增加构件的质量，且铆接技术需要在结构件上开孔，增加了生产工 艺和成本。因此，研究开发新型点焊工艺对汽车、船舶等制造领域的发展以及提高航空航天运载能力等 方面具有十分重要的意义。

搅拌摩擦焊(friction stirwelding，fsw)是1991 年由英国焊接研究所(the welding institute，twi) 研发的一种新型固相连接技术。研究初期，由于其在铝合金焊接方面可以降低能源消耗，得到结合强度良 好的接头而备受关注。fsw与传统熔焊相比，焊接过程无飞溅、弧光和烟尘，无需焊丝和保护气体，且接头缺陷少、组织致密、综合性能良好，是一种经济、高 效、节能、环保的焊接技术。随着对fsw的进一步 研究，其在镁、铜、钢、钛合金、高温合金等材料焊接方面也取得了成功的进展。由fsw可以焊接一些 统熔焊难焊或无法焊接的材料，被誉为“继激光焊后 一革命性的焊接技术”。

搅拌摩擦点焊(friction stir spot welding， fssw)是在fsw基础上发展的一种固相点连接技术。fssw通过搅拌头促使被焊材料的焊缝金属流 动，形成均匀致密的焊核，从而获得高质量的fssw 接头。与传统的电阻点焊及铆接等工艺相比，fssw 的工艺过程简单；接头具有良好的结合强度和稳定的焊接质量；焊接工具寿命长；工作环境清洁等。其在 航空、航天、汽车、船舶等制造领域具有广泛的应用前 景，有望取代传统的电阻点焊及铆接等结构件点连接 技术，成为一种具有非常高的市场价值和应用前景的新型点焊工艺。该方法目前主要适用于焊接铝合金等轻合金，特别适用于高强度铝合金。关于fssw 的研究较多，主要集中在工艺方法、接头组织、力学性 能、失效形式等方面。搅拌摩擦点焊(fssw)是在搅拌摩擦焊(fs w)基础上发展的一种新型固相焊接技术，在焊接铝合金等轻质合金方面有不可替代的优越性。近年来随着铝合金等轻质合金在汽车制造业中广泛运用，铝合金搅拌摩擦点焊的研究具有非常重要的意义。

2. 研究的基本内容与方案

为了充分理解复合搅拌摩擦点焊焊点形成机理，必须清晰的掌握焊点周围金属的流动行为，这将有助于我们更好的认识搅拌摩擦点焊方法的机理，有助于我们获得性能较好的焊点。

铝合金搅拌摩擦焊接焊缝区域金属流是单相流。针对这种单相流搅拌摩擦焊接过程应用大型计算流体动力学（cfd）软件fluent进行了数值模拟与分析，得到其三维流场。根据流场得到的相关结果可以观察焊缝区塑性金属流动形态与轨迹，为探讨与揭示搅拌摩擦焊接过程中焊缝区塑性金属流变机理提供参考。

目前主要有两种方法研究点焊接头塑性流动，第一是在被焊材料中加入示踪材料，第二种是采用异种材料进行焊接。 su等人对a a5754和aa6111搭接方式进行搅拌摩擦点焊实验，实验过程中加入a1粉末作为示踪材料。当采用带螺纹的搅拌针时，上板材料在搅拌针尖和螺纹的挤压作用下，材料向下流动;当用无螺纹的搅拌针焊接时，上板材料粘附在搅拌针的表面随搅拌针的插入向下板运动。当搅拌针退出被焊工件时，下板材料顺着螺旋向上和向外运动。yang^[3]等人加入铜箔作为示踪材料，将焊接工程分成两个阶段，研究了镁合金az31搅拌摩擦点焊过程中的金属流动行为，提出了搅拌区的金属流动模型。fujimotot^[4]等人进行异种材料6061铝合金和5052铝合金搅拌摩擦点焊研究，研究表明在工件厚度方向和圆周方向上都发生塑性流动行为，也建立塑性金属的流动模型。

3. 研究计划与安排

1－3周 查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

4－13周 完成毕业论文主要研究内容等工作

14周 总结实验数据，完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 孙学敏.铝合金搅拌摩擦点焊温度场及流场研究.兰州理工大学.2014

[2] 韩晓辉. 铝合金搅拌摩擦焊三维流场研究. 兰州理工大学.2005

[3] q.yang, s. mironov, y .s. sato. material flow during friction stir spotwelding[j]. materials science and engineering: a, 2010, 527(16-17): 4389-