[发明专利]一种铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形预测方法、电子设备、存储介质

说明书

本发明提供一种铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形预测方法，包括步骤：确定材料及参数，建立实体模型，建立热源模型，分析计算温度场，转换热分析单元，确定边界条件，分析计算应变场。本发明涉及电子设备和存储介质。本发明针对搅拌摩擦焊建立的热源模型综合考虑了搅拌针、轴肩不同参数对产热的影响，通过热源模型、焊接参数设置对比不同参数下的数值模拟结果，不需要进行大量的工艺测试就能预测出不同焊件厚度、不同位置、不同焊接参数的焊接变形量，能够及时采取后续处理措施改善焊接变形对实际生产中焊件的影响，解决工艺试验带来的成本问题，减少材料浪费，最终提高实际生产中的焊接质量和工作效率。

技术领域

本发明涉及焊接变形预测领域，尤其涉及一种铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形预测方法、电子设备、存储介质。

背景技术

搅拌摩擦焊是利用带有特殊形状的硬质搅拌针的搅拌头旋转着插入被焊接头，与被焊金属摩擦生热，通过搅拌摩擦结合搅拌头对焊缝金属的挤压，使接头金属处于塑性状态，搅拌针边旋转边沿着焊接方向移动，在热机联合作用下形成致密的焊缝。这是一项新型的固相连接技术，焊接时具有能耗低、无污染的特点，可以得到高性能的接头。铝合金、铜合金这些熔点较低的金属采用传统熔焊方法极易出现气孔、飞溅、裂纹、氧化夹杂等常见缺陷，如采用搅拌摩擦焊则不仅可避免此类缺陷，而且不需焊丝及保护气体等，焊后变形较小，在铝/钢异种材料焊接上具有极大的优势。铝、钢均为工业领域最常见金属之一，由于铝的密度较低，目前汽车及航空航天领域的轻量化发展趋势使得铝/钢搅拌摩擦焊在汽车车身、航天发动机等方面得到了广泛应用。

对于铝/钢异种材料搅拌摩擦焊，焊接变形对最终的焊接质量有着重大的影响，这是由于搅拌摩擦焊过程中存在热输入、热对流等，受热量及搅拌头对焊件的力等因素的影响，焊件极易在焊接过程中及冷却时产生变形，而变形量的大小直接影响到焊件的成形质量及精度。铝、钢为异种材料，密度等热物理性能参数有较大的差别，因此在铝/钢焊接时焊件极易出现变形，甚至造成产品的安全隐患。预测焊接变形，才能及时采取一定的工艺措施进行控制，提高焊接质量，减少后续整形及精加工的工作量，因此预测方法尤为重要。

铝与钢焊接应用广泛，而由于热物理性能存在很大差异性，给目前的焊接变形估算带来较大难度。若使用试验法预测铝/钢的焊接变形，不同工艺参数须进行多次试验，造成时间成本及人力成本等增加，因此难以普及。另外，目前仍较少使用软件进行预测，由于搅拌摩擦焊为固相焊接，其热过程极为复杂，存在强烈的搅拌作用，热源具有局部集中性、瞬时性、运动性，与一般熔化焊焊接存在较大差异，现有的摩擦生热模型并未考虑材料塑性变形潜热和搅拌针、轴肩形貌对产热量的影响，准确度不足，因此存在难以选择合适的准确度高的热源模型的问题。

申请号为201310624243.8的中国专利公开了一种基于ANSYS的管线钢焊接温度场预测方法，申请号为201310620539.2的中国专利公开了一种基于ANSYS的管线钢焊接残余应力预测方法及申请号为201510205021.1的中国专利公开了一种基于ANSYS的双相不锈钢与异种钢焊接变形预测方法。上述现有技术都是针对管线钢及双相不锈钢与异种钢的一般熔化焊焊接工艺进行预测的，但未解决铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形的预测问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于通过ANSYS的有限元分析，提供一种铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形预测方法，解决了现有技术中异种材料搅拌摩擦焊焊接变形估算难度大、成本高、效率低、准确度欠缺的问题。

本发明提供一种铝与钢搅拌摩擦焊焊接变形预测方法，包括以下步骤：

确定材料及参数，确定铝和钢的材料及其热物理参数；

建立实体模型，根据焊件尺寸进行建模并划分网格；

建立热源模型，根据焊接条件确定工艺参数并建立热源模型；

分析计算温度场，通过所述热源模型施加热源载荷，数值模拟计算得出温度场分布；