贺巍亮，鲁 欢，王彦诚，刘艳申

(陕西工业职业技术学院 航空工程学院， 陕西 咸阳 712000)

21世纪飞机轻量化的设计理念不仅可以提升飞机的燃油效率、降低能源的消耗，而且有助于提高飞机性能[1]。然而目前飞机结构中薄壁蒙皮与肋条的装配通常采用铆接进行连接。众所周知，铆接连接不仅容易造成飞机壁板气密性变差，还会导致飞机整体质量的增加以及飞机结构件强度的降低[2]。因此，当下航空制造业领域急需采用新型连接工艺以替代原有的铆接连接方式，从而实现飞机结构的轻量化与高可靠性[3]。

英国焊接研究所于1991年开发了一种适用于同种或异种材料对接、搭接等多种形式的新型焊接技术—搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)[4]。与传统熔化焊方法相比，FSW焊接工艺具有生产效率高、接头质量好和能源消耗低等优点，并且由于它是在低于材料熔点下实施的固相焊接，因此避免了焊接后焊缝区域产生气孔和热裂纹等缺陷[5-6]。

本文针对飞机制造过程中常用的搅拌摩擦焊工艺，采用ABAQUS有限元分析软件对铝-钛和钛-铝两种搭接接头搅拌摩擦焊工艺展开三维数值模拟研究，并比较了不同焊接工艺的优劣，旨在为实际生产摸索出合适的工艺参数提供参考。

1 有限元模型

1.1 几何模型

本次进行搅拌摩擦搭接焊的材料选用TC4钛合金和2024铝合金，材料尺寸规格均为100 mm×100 mm×2 mm，搭接方式分为Ti/Al搭接和Al/Ti搭接两种，搅拌摩擦搭接焊示意图如图1所示。搅拌摩擦焊工艺参数对焊接接头的力学性能和表面形貌都有重要影响，此外为了保证焊接过程中有足够的热输入以期获得质量优异的接头，本文采用的焊接工艺参数如表1所示。……