钛合金搅拌摩擦焊工艺研究及温度场分析

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1、西北工业大学硕士学位论文钛合金搅拌摩擦焊工艺研究及温度场分析姓名：赵强申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：王玉20070301西北工业大学硕十学位论文摘要摘要搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding简称FSW)是一种新型的国念焊接工艺，被誉为“继激光焊后最为革命性的连接技术”。与传统焊接方法相比，它不但能够得到性能优良的焊接接头，而且能够焊接一些传统方法很难完成的材料的焊接，比如高强铝、低碳钢和钛合金等。由于FSW具有许多优点，人们进行大量搅拌摩擦焊试验，以期在工程上尽快使用这种先进的连接方法。本文选择应用前景较好的

2、TC4钛合余作为研究对象。在焊接过程中，通过改变焊接的工艺参数，如搅拌头的轴向压力、旋转速度、焊接速度等，以得到良好的焊接接头，然后对接头进行分析。分析得出：钛合金的搅拌摩擦焊接接头分为搅拌区、热机械影响区、热影响区和母材区，其中热影响区仅受热影响的作用，B相增大；热机械影响区在热影响和塑性变形双重作用下发生动念再结晶，出现了大量的等轴a相晶粒；搅拌区的温度达到D相变温度以上，在搅拌头的搅拌下，这个区域发生剧烈变形，组织为原始p相及转变D相。然后对搅拌摩擦焊温度场进行有限元分析，使研究具有一定的理论支持，而且焊接过程中工件的温度分布也是研究搅

3、拌摩擦焊接的重要方面。本次研究使用了ANSYS软件，并将瞬态温度场转化为很小时间步内的准稳态分析，运用了ANSYS的APDL参数化编程功能。在温度场的模拟过程中，采用移动坐标系的方法来代替搅拌头移动的过程，忽略焊接过程中金属塑性变形产生的热量，其热源包括搅拌头的轴肩和工件的摩擦生热以及搅拌针和周围材料作用生成的热。将模拟结果与试验结果分析、对比和验证，说明模型和试验结果相符。关键词：搅拌摩擦焊钛合金TC4微观组织有限元分析温度场西北工业人学硕士学位论文abstractAbstractFrictionstirwelding(FSW)isarel

4、ativelynewsolidstatejoiningprocess．Itissaidtobe“themostrevolutionaryjoiningmethodafterlaserwelding”．Comparedwiththeconventionalweldingprocesses，frictionstirweldsnotonlygetbatterjoint，butcanbeusedinvariouskindsofmaterials，whichveryhardtocompleteinconventionalweldingprocesses

5、，suchashigh-strengthaluminum，mildsteelandtitaniumalloyetc．Inordertoholdtheadvancedjoiningprocess，peoplemakealotofFSWexperimentsonvarioussituations．Inthestudy，weselectTC4astheobject，whichwillbeappliedwidely．Duringtheprocessing,wecangetgoodjointbychangenormalforce，rotatespeed

6、andweldingspeed，then，analyzethesamplestogetknowledgeaboutFSW．Theresultshowsthattheweldregionofdefect—freeweldofTC4displayedfourmicrostructuredistinctregions：stirzone，thermo-mechanicallyaffectedzone，heataffectedzone，basematerial．Forheataffecting，thepgraininHAZgrowth；thereare

7、alotofexceeded0tgrainintheTMAZ，forthedynamicrecrystallizationresuRedbyheatandplasticyield；thetemperatureofSZexceededtheI：}-transustemperature，itsmicrostructureispriorpandtransformedp，whichwasresultedbyintensedeformationcausedbyprobe’sstir．InordertoknowtheFSWprocessprofundit

8、y，wemadeatemperaturefiniteelementanalysis，afterexperiment．Simulationcanprovideacad