刘安 胡广旭 董志波

摘要：在铝合金搅拌摩擦焊三维体积热源模型建模过程中，轴肩、搅拌针侧面以及搅拌针底面摩擦产热的热流密度加载范围存在不确定性，需校核确定，增加了建模难度。针对该问题，建立三维搅拌摩擦焊热源模型，并确定其不确定热源模型参数，研究了这些参数变化对焊缝温度场的影响规律。在此基础上，基于参数变化影响规律建立了搅拌摩擦焊热源模型参数库，设计了推理规则，形成实现快速建模的铝合金搅拌摩擦焊热源模型专家系统。基于搅拌摩擦焊实验温度场结果验证了专家系统功能，该系统显著降低了搅拌摩擦焊数值模拟建模难度，有利于促进铝合金搅拌摩擦焊数值模拟技术的普及应用。

关键词：搅拌摩擦焊;铝合金;热量;热流密度;专家系统

0    前言

搅拌摩擦焊（FSW）工艺是一种材料不熔化的摩擦焊接技术，其焊接工件温度低、残余应力变形小，广泛应用于汽车、飞机、轮船等领域，尤其是在铝合金焊接方面[1]。铝合金在搅拌摩擦焊过程中，在不同焊接温度场的作用下，二相粒子的析出物半径、体积分数和种类不同，焊后时效过程存在差异，会影响材料性能[2]。因此针对铝合金搅拌摩擦焊数值模拟，国内外研究者开展了广泛研究[3-6]。研究人员进行了轴肩产热和搅拌针产热的计算公式研究[3-5]，但缺少摩擦产热的体热源作用范围相关研究。鄢东洋等人[6]研究发现，在温度场模拟中，轴肩面热流密度随轴肩半径的增加呈线性增加，搅拌针产热为均匀分布的体热源模型形式加载，但未提及轴肩产热的体热源作用范围，也没有考虑塑性变形产热。……