庞嘉尧，余 乐，杨 宏

（陕西理工大学机械工程训练中心，陕西 汉中 723003）

引言

搅拌摩擦焊（FSW）自从被发明后，因其接头性能好、焊缝质量高、适用范围广、损耗小等优点被广大科技工作者持续关注，并取得了诸多研究成果，促使该技术在航空航天、轨道交通、船舶制造等行业广泛应用[1]。但研究发现，焊缝温度场发生轻微的变化会造成焊缝组织、性能产生显著改变[2]；同时FSW焊接过程中的温度分布也影响被焊金属的塑形流动、应力应变、微观组织转变，产生焊接缺陷，从而影响焊接接头的性能。因此，FSW焊接过程中的温度场在整个焊接过程中起着关键作用，深入了解FSW过程中的温度分布是十分必要的。

1 搅拌摩擦焊中的热量来源

常规条件下，铝合金板材在搅拌摩擦焊中的热量来源主要是搅拌头与待焊母材的摩擦产热和母材内部的金属塑性变形产热；其中，轴肩与母材的摩擦产热是FSW焊接过程中热量的主要来源[3]。在摩擦产热中，搅拌头与被焊母材的摩擦机制大致可分为两种：滑动摩擦机制、黏着摩擦机制[4]。当搅拌头与待焊母材初始接触时，仅产生滑动摩擦，故该阶段可用库伦摩擦模型表示；当搅拌头与待焊母材发生一段时间的摩擦后，焊接温度升高，部分塑化金属将会与搅拌头黏着，随后在摩擦作用下将会产生剪切滑动，故此阶段可用剪切摩擦模型表示[5]。由于实际焊接过程中搅拌头与待焊母材之间升温快，很难真正区分两种机制的阶段，因此常用黏着摩擦表示FSW过程中稳态阶段。……