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目前，铝合金焊接存在几大难点：焊接接头软化严重，强度系数小；铝合金表面易产生难熔的氧化膜；铝合金焊接易产生气孔、热裂纹；线膨胀系数大，易产生焊接变形；铝合金的热导率大，相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材的大。搅拌摩擦焊可以焊接所有牌号的铝合金，特别是对于厚板的焊接。目前，关于铝合金焊接传统的研究方法主是工艺试验。采用数值模拟技术，在此以6061铝合金为研究对象，进行搅拌摩擦焊有限元分析，并对单、双轴肩焊接接头进行金相分析及试验验证。

搅拌摩擦焊的热输入主要是由轴肩和搅拌针与工件的摩擦产生的，如图所示，搅拌头与工件摩擦接触的部分是轴肩、探针的外圆柱面和底端面，其热量输入分别为Q1，Q2，Q3。

搅拌针下端面的摩擦产热模型同轴肩下表面的产热模型类似，不同的是摩擦产热的区域不同，分析方法是相同的。

本模拟中所用铝合金为6061铝合金，实体模型有3种厚度，分别为8，16，40mm，长宽都为300mm×150mm。

定义材料属性，选取Solid70热分析单元。为保证焊缝附近区域温度分布精确，采取焊缝附近网格划分密集，远离焊缝区域网格划分稀疏的模式。

在模型中，搅拌头可以看成一个移动的面热源，使用APDL命令流进行求解。第一载荷步设为稳态求解，时间设为0.001s；后续进行瞬态求解。搅拌摩擦焊工艺参数为v=120mm/min，ω=800r/min，初始温度T0为室温20。求解结果分析与讨论如下：

（1）以厚16mm板模型为对象，温度场模拟结果如图4所示，由图4可见，在12s以后开始，厚16mm铝板焊缝最高温度为480~530之间，接近母材熔点的80％左右（6061铝合金熔点为580~650）。同时，由图5温度场纵面分布图看出，轴肩区域的焊缝温度最高，焊缝根部温度最低，温度集中在轴肩区域，搅拌针的产热量较小。

   （2）厚8，16，40mm板模拟结果对比分析对3种不同板厚的模型，沿焊缝厚度方向分别取点，图6为这些点的温度循环曲线。对比分析图6及表2可见，8，16mm板焊缝根部温度分别为360，350，比较接近；厚40mm板焊缝根部的温度最低，为290；从图6看出，厚40mm板焊缝温度变化较大，且温度分布极不均匀。由以上模拟分析可知，进行厚板铝合金常规搅拌摩擦焊时，焊缝根部产热较小，温度过低，母材没有进入塑性状态，所以，该区域易出现焊接缺陷。可以考虑在焊缝根部加一个热源，即双轴肩搅拌摩擦焊技术。