TC4鈦合金靜止軸肩和傳統(tǒng)攪拌摩擦焊的溫度場(chǎng)對(duì)比

姬書(shū)得，卓 彬，高雙勝，邢敬偉，馬秩男, 路 浩

（1. 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)，沈陽(yáng) 110136；2.南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司，青島 266111）

攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding，F(xiàn)SW）技術(shù)是由英國(guó)焊接研究所（The Welding Institute，TWI）于1991年提出的一種新型的固相連接技術(shù)。與傳統(tǒng)的熔化焊接方法相比較，F(xiàn)SW具有低應(yīng)力、無(wú)常規(guī)熔焊缺陷、高質(zhì)量、綠色無(wú)污染、焊接過(guò)程操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在鋁合金、鎂合金等導(dǎo)熱率較大的材料以及導(dǎo)熱率較小的薄板材料的焊接中得到了廣泛應(yīng)用。

然而，在應(yīng)用該技術(shù)對(duì)導(dǎo)熱率較小的厚板材料如TC4鈦合金進(jìn)行焊接時(shí)，為保證焊縫中、下部材料獲得較好的流動(dòng)性，軸肩下方局部區(qū)域溫度峰可能超過(guò)β相轉(zhuǎn)變溫度甚至超過(guò)TC4的熔點(diǎn),而且在傳統(tǒng)FSW過(guò)程中，易產(chǎn)生表面弧紋與飛邊，二者對(duì)于提高FSW接頭的質(zhì)量均不利。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出并研究了靜止軸肩攪拌摩擦焊接技術(shù)（Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SSFSW）[1-6]。

周利[7]采用有限元軟件MARC對(duì)304不銹鋼與TC4鈦合金進(jìn)行了傳統(tǒng)攪拌摩擦焊溫度場(chǎng)的有限元模擬，結(jié)果表明在鈦合金FSW過(guò)程中，焊縫上表面溫度峰值在1100℃以上。姬書(shū)得等[8]應(yīng)用ABAQUS有限元軟件對(duì)2mm厚的TC4鈦合金傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)焊縫上、下表面的溫度峰值差異較大。Russell等[9]采用靜止軸肩攪拌摩擦焊接技術(shù)對(duì)6.35mm厚的TC4鈦合金進(jìn)行焊接，得到近似“碗狀”的宏觀形貌并且焊縫減薄量較小。目前，SSFSW處于可行性研究階段，還沒(méi)有應(yīng)用到工程實(shí)際中，所以需開(kāi)展更深入的研究。本文結(jié)合實(shí)際焊接情況，以TC4鈦合金為研究對(duì)象，建立了基于ABAQUS的有限元模型，討論并對(duì)比了相同攪拌針尺寸情況下的傳統(tǒng)和靜止軸肩FSW過(guò)程中溫度場(chǎng)的分布?！?br>