吴晓虎，曹丽杰，苗臣怀，王 仪

(1.上海工程技术大学 机械与汽车工程学院， 上海 201620； 2.上海飞机制造有限公司， 上海 201324)

搅拌摩擦焊(FSW)是一种固态连接工艺，使用非消耗型、带轴肩和搅拌针的搅拌头，通过高速旋转来加热和塑化材料。搅拌头沿着焊缝预定的方向前进，剪切少量的材料，并将其搅拌到搅拌针的另一侧。搅拌过的材料在轴肩下压力的作用下重新固化，冷却后形成坚实的接头[1]。搅拌摩擦焊开辟了焊接和连接新材料的可能性，并在许多行业中都有一定的应用，然而，对焊接过程中的温度分布和残余应力分布等参数的研究还不够充分。搅拌摩擦焊接过程的数值模拟是研究其温度场及残余应力场的有效方法。Kang等[2]研究了搅拌摩擦焊在不同焊接条件下的残余应力分布，发现在FSW过程中出现了M型的温度分布，并且前进侧的温度大于后退侧的温度，计算得到的非对称残余应力与实验结果相吻合。Bachmann等[3]针对2种不同的焊接速度，建立了搅拌摩擦焊的顺序耦合热力学模型，基于两种情况下的瞬态温度分布，分析了不同情况下夹具松开后工件冷却的热软化行为和残余应力的演变，所得结果与实验测量值吻合较好。He等[4]采用热力学模型分析了焊接过程中转速对焊接温度和应力分布的影响。结果表明:固定轴肩在焊接过程中起到同步轧制和强烈冷却的作用，能够降低搅拌摩擦焊接头附近的拉伸残余应力峰值和残余变形。

除对接接头外，搅拌摩擦焊搭接接头也广泛应用于工业领域，例如飞机的蒙皮、加强筋，火箭的燃料储存箱等。……