流场研究是搅拌摩擦焊基础研究的一个重要方向。本课题采用大型有限元流体力学分析软件FLUENT对搅拌摩擦焊接过程中焊缝金属的流场进行三维数值模拟和有限元分析,建立了10mmLF2搅拌摩擦焊的三维稳态流场模型,井通过试验数据验证了所建立的模型,其主要内容可分为实际流场的测定和流场模型的建立两部分。 实际流场的测定采用在焊缝不同位置嵌入示踪Fe粉的方法。采取能谱分析和观察金相组织等试验手段,通过观察焊缝在厚度方向、横向和纵向的示踪Fe粉的分布情况,获得焊缝金属的三维流动状况。 模拟流场的计算采用流体力学软件FLUENT。采用GAMBIT软件建立三维有限元模型,根据试验参数确定模拟流场的定解条件,选取合理的RNG k-ε湍流计算模型,迭代求解,建立了搅拌摩擦焊的三维稳态流场。通过对模拟流场与实际流场结果的分析比较,修定了模型的定解条件,使模拟结果与实测结果相吻合。 通过对铝合金搅拌摩擦焊三维流场的研究,对于从理论上搞清搅拌摩擦焊焊缝成形的实质,分析孔洞和焊缝成形不良等焊接缺陷的产生,具有重要的理论意义。通过研究流场,建立焊接参数以及摩擦头尺寸对流场的影响规律,对于确定焊接参数,优化焊接工艺,控制焊缝接头的组织和性能,具有重要的实用价值。此外,流场研究为后续搅拌摩擦焊热流耦合研究奠定了基础。