回填式攪拌摩擦點焊過程溫度場的數(shù)值模擬

柴 鵬，左瑩瑩，陳克鵬，齊鉑金，姬書得

（1.北京航空航天大學機械工程及自動化學院，北京 100191； 2.中國航空制造技術(shù)研究院，北京 100024； 3.沈陽航空航天大學航空宇航學院，沈陽 110136）

隨著全球資源短缺和環(huán)境污染等問題的日趨嚴峻，運載工具的輕量化已成為現(xiàn)代制造業(yè)的必然趨勢。一方面可以采用各種輕質(zhì)合金（如鋁合金和鎂合金）來減小運載工具的重量；另一方面可以通過新型高效的制造工藝技術(shù)在提升產(chǎn)品的可靠性的同時，還助力運載工具的輕量化[1]。鋁合金因具有較高的比強度和良好的抗腐蝕性等優(yōu)點而被廣泛應用于航空航天和汽車制造等領域中。鋁合金的主要點連接技術(shù)有鉚接、電阻點焊和攪拌摩擦點焊。鉚接技術(shù)存在的主要缺點為工藝復雜（需要預開孔）和增加接頭重量等，而電阻點焊的主要缺點則為耗能多、易產(chǎn)生氣孔和焊后較大的殘余應力等[2–3]。

攪拌摩擦點焊（Friction Stir Spot Welding，F(xiàn)SSW）是以攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding，F(xiàn)SW）為基礎發(fā)展而來的一種新型固相點焊技術(shù)[4]，具有操作簡單、焊點質(zhì)量高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，目前已應用于汽車制造領域，且在航空航天等領域具有良好的應用前景，美中不足的是，攪拌摩擦點焊仍會在工件表面留下一個影響焊點表面外觀、降低接頭力學性能的匙孔。

回填式攪拌摩擦點焊（Refill Friction Stir Spot Welding，RFSSW）是德國 GKSS 中心于2003 年發(fā)明的一種新型點焊技術(shù)[5]，該技術(shù)通過控制所用攪拌工具各部件的相對運動可獲得無匙孔的焊點。相比于常規(guī)FSSW，RFSSW 焊接過程所用攪拌工具更為復雜，其由不旋轉(zhuǎn)的壓緊環(huán)、旋轉(zhuǎn)的套筒和攪拌針組成[6]，焊接過程可以分為摩擦、下扎、回填與撤離4 個階段：在摩擦階段，壓緊環(huán)固定于上板表面，套筒和攪拌針與試板旋轉(zhuǎn)摩擦，使材料軟化；……