热循环下铝/钢连续驱动摩擦焊接接头应力应变分析

张昌青; 王烨; 史煜; 马东东; 谷怀壮

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2024.02.04

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专辑

热循环下铝/钢连续驱动摩擦焊接接头应力应变分析
Stress and Strain Analysis of Aluminum/Steel Continuous Drive Friction Welding Joints Under Thermal Cycling
2024年54卷第2期页码：24-29
收稿：2023-06-09，

修回：2024-01-10，

纸质出版：2024-02-25
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.02.04
稿件说明：

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张昌青，王烨，史煜，等.热循环下铝/钢连续驱动摩擦焊接接头应力应变分析［J］.电焊机，2024，54（2）：24-29. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.02.04.

ZHANG Changqing, WANG Ye, SHI Yu, et al.Stress and Strain Analysis of Aluminum/Steel Continuous Drive Friction Welding Joints Under Thermal Cycling[J].Electric Welding Machine, 2024, 54(2): 24-29. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.02.04.

摘要

利用ABAQUS有限元软件，建立了一个新的连续驱动摩擦焊接头热-力耦合过程的数值模型，分析了试验过程接头温度场、应力应变分布规律，通过与实际试验结果的对比，验证模型的准确性。得出如下结论：热循环过程中，冷却及低温保温过程是热应力最大的阶段；接头颈缩形貌和产生位置与试验结果吻合较好，颈缩位置与实际试验相对误差为6%，颈缩现象的本质是铝在自由膨胀收缩时应力超过强度极限产生的塑性变形。在拉伸断口观察到解理断裂圆环，其位置、宽度与模拟结果的应变集中区域吻合度高。该模型较准确的模拟了连续驱动摩擦焊接头的热-力耦合过程，为实际生产和工艺优化提供了有力支持。

Abstract

Using ABAQUS finite element software

a new numerical model of thermal mechanical coupling process of continuously driven friction welded joints was established. The following conclusion is drawn: the cooling and low-temperature insulation processes during the thermal cycle are the stages with the highest thermal stress; The appearance and location of joint necking are in good agreement with the experimental results

and the relative error between the necking location and the actual experiment is 6%. The essence of the necking phenomenon is the plastic deformation caused by the stress exceeding the strength limit when the aluminum is Free expansion and shrinkage; The cleavage fracture ring was observed on the tensile fracture surface

and its position and width are highly consistent with the strain concentration area of the simulation results.The numerical model accurately simulates the thermo-force coupling process of continuously driven friction welded joints

which provides strong support for actual production and process optimaztion.

关键词

Keywords

references

KEARNS W H . Welding handbook： Resistance and solid state welding and other joining processes ［M］. New York ： American Welding Society ， 1980 .

LI W ， VAIRIS A ， PREUSS M ， et al . Linear and rotary friction welding review ［J］. International Materials Reviews ， 2016 ， 61 （ 2 ）： 71 - 100 .

王希靖，李经纬，张昌青，等 . 电解铝阳极导杆铝-钢相位摩擦焊工艺及力学性能［J］. 焊接学报， 2015 ， 36 （ 09 ）： 83 - 86 .

WANG X J ， LI J W ， ZHANG C Q ， et al . Phase friction welding of aluminum to steel for electrolytic aluminum anode guide rod ［J］. Transactions of The China Welding Institution ， 2015 ， 36 （ 09 ）： 83 - 86 .

Wu B ， Alam M O ， Chan Y C ， et al . Joule heating enhanced phase coarsening in Sn37Pb and Sn3.5Ag0.5Cu solder joints during current stressing ［J］. Journal of Electronic Materials ， 2008 ， 37 （ 4 ）： 469 - 476 .

Su X ， Zubeck M ， Lasecki J ， et al . Thermal Fatigue Analysis of Cast Aluminum Cylinder Heads ［C］// SAE 2002 World Congress & Exhibition ， 2002 .

Paffumi E ， Nilsson K F ， Taylor N G . Simulation of thermal fatigue damage in a 316L model pipe component ［J］. International Journal of Pressure Vessels and Piping ， 2008 ， 85 （ 11 ）： 798 - 813 .

Bian P Y ， Shao X D ， Du J L . Finite Element Analysis of Thermal Stress and Thermal Deformation in Typical Part during SLM ［J］. Applied Sciences ， 2019 ， 9 （ 11 ）： 2231 .

褚卫华，陈循，陶俊勇，等 . 焊点热应力应变分析与HALT热循环温度剖面图优化［J］. 焊接学报， 2003 ， 24 （ 6 ）： 37 - 42 .

CHU W H ， CHEN X ， TAO J Y ， et al . Analysis of sress-strain in soldered joints and optimization of temperature profile of HALT thermal cycling test ［J］. Transactions of The China Welding Institution ， 2003 ， 24 （ 6 ）： 37 - 42 .

陶禹逸 . 某车型三元催化器的热疲劳分析及结构优化［D］. 上海：上海交通大学， 2018 .

TAO Y Y . Thermal Fatigue Analysis and Structural Optimization of a Vehicle's Three-way Catalytic Converter ［D］. Shanghai ： Shanghai JiaoTong University ， 2018 .

王艳辉 . 1060铝搅拌摩擦焊温度场数值模拟［D］. 江苏：江苏科技大学， 2012 .

WANG Y H . Numerical Simulation of 1060 Aluminum Friction Stir Welding Temperature Field ［D］. Jiangsu ： Jiangsu University of Science and Technology ， 2012 .

谭真，郭广文 . 工程合金热物理［M］. 北京：冶金出版社， 1994 .

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