半固态搅拌钎焊铝基复合材料流体仿真模拟的研究

摘要

本文使用专业的计算机流场数值模拟软件，通过对非真空下半固态搅拌钎焊的焊接过程建立了二维的数值计算模型，将钎料流体视为黏性、层流、不可压缩的牛顿流体，搅拌头看作旋转类型的实体，通过设定速度入口的边界条件实现焊接平台移动的效果。使用该计算模型主要讨论了焊接温度T、焊接移动速度v、搅拌头旋转速度ω、搅拌头尺寸D四种焊接参数对焊缝钎料流场的影响，并分别对四种焊接参数进行了实际的焊接实验，试图通过计算机数值模拟出的焊缝钎料流场分布形态来预测和解释实际的焊接情况，同时通过实际的焊接实验来验证计算机数值模拟模型是否正确。最终，在计算机数值模拟基础上，制定一种优化的非真空下半固态搅拌钎焊铝基复合材料的焊接工艺。　　使用该计算机数值模拟模型基本能够解释焊接接头焊缝的宏观形貌、微观界面形貌以及焊缝接头的抗剪切力学性能，同时，物理焊接实验基本能够验证该计算机数值模拟模型的计算结果。　　通过计算机数值模拟计算得到：在半固态区间内，焊接温度T越低搅拌力场对基体壁面的作用越明显，但是温度较低会影响焊缝钎料的成形；焊接移动速度V主要影响两边界面力场分布的均匀性，对界面力场的大小影响不大，焊接速度V越低，两侧界面力场分布越均匀；搅拌头旋转速度ω主要影响旋转力场对基体壁面作用强度和壁面两侧力场均匀分布的情况，搅拌头旋转速度ω越高，旋转力场对壁面的冲击与剪切作用越大，同时两侧壁面的力场分布越均匀；搅拌头尺寸大小D主要影响旋转力场对基体表面的作用强度，搅拌头越大，钎料流场对基体壁面的作用越强烈。　　通过该模型计算得到当焊接温度为T=470℃、焊接移动速度v=1.25mm/s、搅拌头旋转速度ω=5440rpm、搅拌头尺寸D=1.9mm时，焊缝钎料的流场对基体表面的力场作用强度较高，且流场在两侧的分布较为均匀，通过实际的焊接可以得到焊缝界面剪切强度为101MPa，略高于集体母材的剪切强度。此时的焊接工艺既可以获得性能良好、成形美观的焊接接头，又能提高焊接的可操作性，同时还具备焊接效率高等特点。

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1 绪论

1.1课题背景及选题意义

1.2铝基复合材料的国内外焊接研究现状

1.3铝基复合材料国内外的半固态连接技术现状