题目：铝合金与不锈钢搅拌摩擦焊工艺机理研究

铝合金与不锈钢的连接在航空、造船、化工、汽车制造等领域有着重要意义。由于铝合金和不锈钢的热、力学性能有很大差异，采用熔焊的方法难以实现连接。搅拌摩擦焊作为一种先进的固态焊接方法，已经在铝合金焊接中得到成功应用，在铝合金/钢异种材料连接领域也有着广阔的应用前景。本文进行了铝合金与不锈钢搅拌摩擦焊对接试验及有限元模拟,分析了搅拌摩擦焊过程中的温度分布及材料流动过程,探讨了工艺参数对焊接质量的影响，研究成果为异种材料搅拌摩擦焊工艺提供了理论依据。 进行了铝合金6061和304不锈钢的搅拌摩擦焊对接试验研究，分析了焊接参数的影响。在铝合金/不锈钢的搅拌摩擦焊过程中，为了实现界面连接，焊接工艺参数除了搅拌头转速、搅拌头平移速度（焊接速度）、搅拌头对工件的压力，还必须考虑搅拌头旋转方向以及搅拌针与对接面的偏移量。焊接时搅拌针位于铝合金侧，不锈钢处于回辙边（旋转方向与焊接方向相反）一侧，搅拌针偏移量为0.2mm时得到良好的界面连接。 研究了不同的搅拌头旋转速度和平移速度对铝合金/不锈钢搅拌摩擦焊的影响。确定了合理的旋转速度和平移速度匹配。金相检验结果表明，铝合金/不锈钢反应层的厚度约为100μm，在焊缝区有金属间化合物Al13Fe4 和Al5Fe2存在。分析了搅拌摩擦焊过程中的产热机制，提出了基于转矩输入的搅拌摩擦焊热源模型。该模型将热输入与摩擦功率相关联，综合考虑了搅拌头与材料间的摩擦产热效应。应用基于转矩输入的热源模型的模拟结果与有关试验数据一致。 应用DEFORM-3D软件对6mm厚的Al6061与304不锈钢的搅拌摩擦焊对接进行了数值模拟，分析了不同旋转转速、平移速度以及垫板材料时的温度分布及材料流动过程。结果表明，平移速度一定时，旋转速度增加焊件温度升高，旋转速度一定时，平移速度增大，焊件温度降低，通过模拟分析可获得合理的速度匹配。材料的流动方式和流动速率受到焊接参数的强烈影响。采用圆柱形搅拌针时，无垂直方向的材料流动。 为了进一步预测工艺参数对铝合金/不锈钢搅拌摩擦焊质量的影响，探讨了采用神经网络模型对搅拌摩擦焊工艺参数进行优化的可能性。将搅拌头旋转速度和平移速度作为输入参量，来预测搅拌摩擦焊最高温度和升温速度。结果表明，神经网络模型是一种简便估算最佳焊接条件的有效方法。