冯天涛，张晓辉

（山东农业大学 山东省园艺机械与装备重点实验室，山东 泰安 271018）

0 前言

搅拌摩擦焊FSW（friction stir welding）是一种固相连接新技术，与传统焊接方法相比，优势明显，可以用来焊接很多过去认为难以焊接的金属。为了更好地理解FSW工艺过程，国内外学者在过去的十几年中建立了很多解析和数值模型，根据它们的应用范围和物理假设可分为三类：热传输模型[1-5]、基于固体力学的热力分析模型[6-9]和基于流体力学的热流分析模型[10-14]。热传输模型主要通过构建不同形式的热源求解热传导方程来预测工件温度场的分布，而温度与接头的组织和性能是密切相关的。热力分析模型将热传输模型得到的温度场与工件的受力进行耦合来预测工件的残余应力与残余变形。上述两类模型在求解温度场的过程中均没有考虑材料流动的影响。热流分析模型将FSW过程中的固体材料认为是流体，通过求解连续性方程、动量方程和能量方程获得包含对流传热影响的温度场、速度场及压力场等相关信息。

FSW过程工艺参数是搅拌头的旋转速度、工件移动速度（焊接速度）和下压量（或轴向压力）；响应参数主要是峰值温度、作用于搅拌针上的纵向力（与焊接速度反向）和扭矩[15]。焊接过程首先要获得性能良好的接头，同时希望效率高、能耗少且搅拌头使用时间长。实现高效率就要提高焊接速度，FSW过程中随着焊接速度的提高，搅拌针折断的可能性增加，使用寿命缩短，提高搅拌头的旋转速度会缓解这一矛盾，但能耗会增加。……