王家兴　倪雁冰　董　娜　吴　楠

天津大学，天津，300072



搅拌摩擦焊接装备工作载荷预估及刚度分析

王家兴倪雁冰董娜吴楠

天津大学，天津，300072

摘要：针对搅拌摩擦焊接装备开发的需要，基于流体力学基本原理提出了一种考虑搅拌区搅拌头受力的预估模型，在此基础上，利用商用软件Pro/E和ANSYS建立了车装焊一体化数控复合焊接装备有限元模型，通过模拟加工工况下的受力状况，对整机刚度和变形进行分析，确定复合焊接装备的最大变形部位与应力集中点，校核了焊接装备总体及部件刚度，为焊接装备制造提供了依据。

关键词：搅拌摩擦焊； 载荷预估； 有限元； 静刚度

0引言

搅拌摩擦焊(frictionstirwelding,FSW)是英国焊接研究所(TWI)于1991年发明的一种新的焊接技术[1],具有焊缝残余应力较小、能耗低、生产效率高且无污染等优点，被广泛应用于航空航天、汽车和船舶制造等领域[2-4]。直接作用于焊接工件的搅拌头是搅拌摩擦焊受力的核心部件，也是焊接装备所受载荷的主要来源。目前针对搅拌头受力的研究主要采用数值模拟法。周利等[5]建立了考虑正压力搅拌头的简化受力模型，该模型针对焊接过程中的不同阶段，采用一定温度下焊接材料的屈服应力来预估搅拌头受力，并通过与实测数据对比分析对模型进行了验证。

Smith[6]将焊接工件材料视为非牛顿体，其黏度是温度和剪切速率的函数，搅拌头与材料界面处的速度相近，在此假设基础上建立了基于流体力学受力模型，并采用Navier-Stokes方程建立了施加作用力下由压力梯度产生的动量改变率模型，指出焊接工件材料在搅拌针扎入6s后开始流动并完全包覆搅拌头。……