1。2  铝合金螺柱焊的研究概况

螺柱焊主要针对于焊接钢铁接头而开发，应用在铝合金焊接方面的研究不多，到现在铝合金螺柱的可焊直径仍然在12㎜以下。国外对直径更大的铝合金螺柱与板材的连接主要使用摩擦焊方法。螺柱焊发展到今天，已经成为西方那些比较发达的国家一种基本的热加工方法，现在大概80％以上的螺柱（栓钉）的焊接都是通过螺柱焊机完成的。而针对将螺柱焊接在大面积的板材表面，如汽车车辆、造船行业、石油化工、容器、桥梁、建筑、电子等行业，已基本使用电弧和电容放电螺柱焊了。对于直径比较小（一般8㎜以下）的螺柱使用的是电容放电螺柱焊；对于直径比较大（一般8~12㎜）的螺柱使用的是电弧螺柱焊。西方一些工业比较先进的国家还开发了螺柱全自动焊接工艺技术（CNN），实现了螺柱焊的自动化操作。不过对于铝合金螺母与铝板表面的焊接技术问题，目前仍然没有得到完全的解决，西方国家还在不断扩大对各种螺母、螺钉等的焊接技术和设备的研究开发[1]。

目前国内螺柱焊的研究还是比较落后的，例如重型车辆上的螺柱焊接方法就还比较落后，大部分都是采用手工焊条电弧焊、半自动气体保护焊等焊接方法，但是这些焊接方法焊接出来的焊接接头缺陷较多，性能很难达到要求，并且生产效率还低，对国内特种车辆和重型车辆制造业的发展造成了很大的制约。特别是在焊接铝合金螺柱时，因为铝合金螺柱在焊接过程中表面极易发生氧化而使得焊接质量更加难以控制[16, 17]。

针对铝合金螺柱不易焊接这个问题，近年来提出了一种感应加热/电弧复合热源螺柱焊接方法。这种方法是采用惰性气体与陶瓷套联合保护，并且使用感应热源在焊前预热，将工件加热到一定温度后，再用电弧对工件进行焊接，并且焊完之后使焊件缓慢冷却。简单的说这就是利用复合热源进行焊接的方法，它的优势在于在焊接比较厚大的工件与螺柱时，能有效的避免产生由热传导不均匀引起的接头未熔合、夹渣等焊接缺陷，以及因快速加热和冷却产生的脆性组织及冷裂纹缺陷，因此它不仅能起到改善接头组织性能的作用，还能提高焊接效率[15, 18]。

1。3  焊接过程数值模拟的研究概况

1。3。1  焊接温度场的模拟

1。3。2  焊接应力与应变的模拟

1。4  本文的主要研究内容

本文主要运用有限元法对Ø18㎜实心螺柱在厚度为16㎜以及25㎜铝合金板上进行焊接的焊接过程进行模拟。利用ANSYS有限元分析软件设计创建本次螺柱焊试验中的板材和螺柱进行焊接的有限元模型以及热源模型，并选用适合的焊接参数，通过软件的处理功能就可以得到铝合金螺柱焊焊接过程中温度场的瞬态变化图形，并且得出焊接时改变电流参数是否会对螺柱焊焊接过程产生影响，验证实际工艺。课题研究的主要内容如下：论文网

为进一步研究铝合金螺柱焊焊接过程的可靠性，采用有限元方法，对中大直径与中厚铝合金板螺柱焊接接头进行三维有限元温度场及应力场数值模拟，分析螺柱焊焊接过程温度及应力分布规律。主要达到以下目的：

（1） 获得铝合金螺柱焊焊接过程有限元模型；

（2） 对铝合金螺柱焊焊接进行温度场模拟计算；

（3） 获得铝合金螺柱焊焊接过程温度分布规律，与试验结果进行对比分析。

2  铝合金螺柱焊的特点