摘要：基于ABAQUS软件对异厚度铝合金板进行了搅拌摩擦焊温度场数值模拟。结果发现，异厚板的温度场区域形状为半椭圆。由于两板厚度不同，两侧的温度场存在差异，说明轴肩摩擦热是热输入的主要来源。通过对比模拟结果可知，随着搅拌针转速的增加及焊接速度的减小，焊板的最高温度逐渐增大。
　　关键词：铝合金；搅拌摩擦焊；温度场
　　1.引言
　　搅拌摩擦焊（FSW）技术是英国焊接研究所于1991年发明的一种新型焊接工艺。搅拌摩擦焊工艺被认为是近二十几年来金属连接工艺中最理想的发明之一，被评定为一种绿色工艺。搅拌头由轴肩和搅拌针构成，是搅拌摩擦焊的关键部件，直接影响搅拌焊接中的热输入方式。
　　本文采用ABAQUS对2mm和1.5mm厚度的两块不同铝合金薄板建立热源模型并进行温度场分析，推断出不同焊接旋转速度、焊接速度对异厚度铝合金薄板的温度场影响及其分布规律，为异厚板的FSW焊接变形提供理论支持。
　　2.仿真模型建立与验证
　　2.1工件及工艺参数
　　实验用铝合金试件的尺寸为200mm×60mmx2mm，200mmx60mmx 1.5mm。搅拌头为圆柱型，其轴肩直径为12mm，搅拌针直径6mm，高1.9mm，搅拌头材质为高速钢。焊接从焊缝边缘20mm处开始，所用焊接参数如表1所示。
　　2.2模型網格划分
　　本文取焊件整体进行分析。本文采用在焊缝附近区域使用结构网格划分，中间的区域属于过渡区域，密度略低，边缘区域密度较小，划分技术为扫掠网格划分。图1为异厚度铝合金板网格划分。
　　2.3边界条件与热源
　　FSW过程中主要的边界条件主要包括：工件、垫板及压板表面的热对流和热辐射。环境的初始温度设为20℃。轴肩与工件的摩擦热为面载荷加载到有限元模型中，搅拌针与焊件材料的摩擦热处理为体热源加载到有限元模型中。通过DFLUX子程序实现热源的加载，把边界条件加载到模型上。
　　3.计算结果和分析
　　搅拌头转速影响温度场的分布，当焊接速度定为60mm/min时，搅拌头转速分别为600r/min，900r/min，1200r/min，异厚板温度场的最高温度分别为487.5℃、524.9℃、547℃。如图2为1200r/min时的温度场。
　　焊接速度影响热量的大小，决定薄板温度场的分布。固定搅拌针转速为600r/min，搅拌头旋转速度分别为50mm/min，60mm/min，80mm/min，异厚板温度场的最高温度分别为512.6℃、487.5℃、401.6℃。
　　4.结语
　　（1）异厚板的温度场区域均呈现为半椭圆形状，且最高温度出现在2mm焊板上，同时由于热传递及搅拌的原因，1.5mm焊板温度场区域总体上小于2mm焊板温度场区域。
　　（2）同一焊接速度下，异厚板的最高温度随着搅拌针转速的增大而增大。同一搅拌针转速下，最高温度随焊接速度的增加而降低。且由于热源大小的不同，使得异厚板两板的温度场存在差异。