搅拌摩擦点焊热源模型建立及温度场分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，工业的迅速发展加大了人类对原材料的需求。铝合金材料重量轻、抗腐蚀、易成型，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中得到了广泛应用。作为工业生产中的主要制造材料，铝合金的主要连接方式是电阻点焊和铆接。采用传统焊接方法进行焊接时，铝合金表面易形成致密的氧化膜，妨碍焊接过程的顺利进行，而且氧化铝的密度大于铝，容易造成焊缝夹渣和成形不良。再加之铝的热导率和比热大，导热快，线膨胀系数大，焊接时易形成气孔和变形。另外，铆接技术需要在铝合金构件上预开孔，增加了生产成本。因此，研究新的铝合金点焊连接技术替代传统的电阻点焊和铆接成为大势所趋。搅拌摩擦点焊（简称fssw)就是在这样的情况下研发的一种新型焊接技术。

搅拌摩擦焊^[1,2]是利用一个高速旋转的搅拌头插入连接工件，与工件产生摩擦热，从而使连接部位的材料温度升高后软化成塑性状态，同时搅拌针加压挤入接缝处，搅拌针与焊接工件材料摩擦，搅拌完成焊接。搅拌摩擦点焊^[3]就是在这样的基础上，用点焊的方式形成搭接接头，成功代替电阻点焊、铆接等搭接形式的连接。与传统焊接方法相比，搅拌摩擦点焊强度高^[4]，变形小，焊点美观，清理简单，不会产生热裂纹，气孔，不需要其他焊接消耗材料，只需要使用一个搅拌头，因此受到了广泛的关注和研究^[5]。

实验表明,不同的工艺会导致搅拌摩擦焊接中产生的热量及温度场分布不同^[6,7,8]，这会对焊缝成形的质量产生较大的影响。温度分布规律是研究搅拌^[9]摩擦点焊的重点，对点焊过程中的热传导和温度分布的研究有利于改善点焊焊接工艺，提高点焊接头的焊接质量和力学性能。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容：

1.建立铝合金fssw热源模型，包括焊接过程工艺参数、材料属性、搅拌头形状等。确定本构关系、热输入方程（轴肩和搅拌针）及比例、边界条件、接触设置等，得到铝合金fssw温度场分布。

2.设立正交试验组，适当改变焊接工艺参数，得到不同焊接温度场，分析比较工艺参数对温度场的影响。将模拟温度场与实测温度场比较，分析误差原因。

3. 研究计划与安排

第1－3周 查询资料，外文翻译，确定方案，完成开题报告

第3－5周 学习相应软件的使用方法

第6－8周 建立热源模型，确定实验基本参数，得到温度场分布

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 王国庆等.铝合金的搅拌摩擦焊接[m].北京：中国宇航出版社，2010.

[2] 周利，周炜璐等. 搅拌摩擦点焊技术研究现状[j].航天制造技术，2014.

[3] 方喜风，陈大军，付宇，路浩.铝合金搅拌摩擦点焊工艺研究 工艺与新技术 ,2015,(3)