武晓燕 罗巍 曹志明 王怡嵩 江海涛

摘要：基于欧拉-拉格朗日耦合（Euler-Lagrangian coupling，CEL）模型，采用ABAQUS有限元分析软件建立了钛钢复合板金属材料搅拌摩擦焊（friction stir welding，FSW）热力耦合数值模型。研究焊接工艺参数对温度场的影响，并采用示踪粒子法监测焊缝区材料的塑性流动行为，分析焊接材料流动与缺陷形成的关系。通过开展搅拌摩擦焊试验，对焊缝截面塑性应变及焊接缺陷的模拟结果进行验证。结果表明，随着旋转速度的提高，焊缝最高温度逐渐升高。最佳焊接工艺参数为旋转速度300r/min，焊接速度40mm/min。温度场研究结果表明，焊接过程中后退侧温度比前进侧温度高大约25℃；在等效塑性应变场中，由于前进侧塑性变形大，当焊接工艺不当时，后退侧金属无法补充到前进侧，容易在前进侧产生焊接缺陷；焊缝材料主要先从底部上升到表面随后通过轴肩的作用在后方堆积。

关键词：搅拌摩擦焊；温度场；材料流动；钛钢复合板；数值模拟

中图分类号：TG44文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.07.009

随着社会的不断发展，单一的材料很难满足使用的需求。通过对不同的金属材料进行合理复合可以极大地改善单一金属材料的性能。钛钢复合板中钢作为结构件、钛作为防腐层极大地提高了钢铁材料的耐腐蚀性能[1]。由于钛与钢的物理及化学性能存在巨大差异，钛钢复合板焊接过程容易形成脆硬金属间化合物（intermetallic compound，IMC），对钛钢异种材料的连接提出了较大的挑战。

搅拌摩擦焊（friction stir welding，FSW）是由英国焊接研究所提出的新型固相连接技术[2]。……