王熙婷，高海涛

（1.湖南师范大学 物理与电子科学学院，长沙 410000；2.中南大学 轻合金研究院，长沙 410083）

铝合金具备低密度和高比强度等优点，已成为制备航空航天装备的重要材料之一[1-2]。使用熔焊方法连接铝合金时易出现气孔、裂纹等缺陷。搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）是一种较新的固相连接技术，它在焊接过程中的热输入小，能有效减少缺陷的产生，并具有环境友好等优势，广泛用于连接可热处理强化铝合金[3]。可热处理强化铝合金母材和接头的强度取决于沉淀物的种类和大小。在焊接加热和冷却循环期间普遍存在的热条件会影响析出行为。为了减小焊接过程中热影响区的热输入，从而提高接头的强度，需要对接头进行冷却。水冷具有环保、成本低、冷却效果好等优点。国内外学者通过实验对铝合金板材水下搅拌摩擦焊（Underwater Friction Stir Welding，UFSW）过程中的温度场和材料流变场等方面进行了较多的研究。Liu 等[4]通过数学建模优化了2219-T6 铝合金的UFSW 参数，获得了最大抗拉强度为360 MPa的接头，比FSW 接头的强度高6%。Fu 等[5]对7075-T87 铝合金进行了UFSW，减小了热影响区（Heat Affected Zone，HAZ）的宽度，提高了接头的抗拉强度。

FSW 为热力耦合的复杂过程，仅依靠实验进行参数优化具备成本高且周期长的特点，而数值模拟可以有效节省时间和成本，有助于研究UWFSW 过程中的变化情况。然而，很少有关于铝合金UFSW 过程的数值模拟研究。目前在FSW 的数值模拟领域常用的计算方法有移动热源法、任意拉格朗日-欧拉法等，但是前者忽略了焊接过程中的塑性变形生热，后者的网格在高速焊接时容易因过度变形而造成计算中断。……