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摘要
大功率超声波焊接是实现高质量异种金属接头的一种高效的焊接方法。为了揭示超声波焊接机理，以6061-T6铝合金和DC04低碳钢作为工件材料，建立了一个大功率超声波金属焊接的三维有限元热力耦合模型，模拟了焊接温度场以及工件塑性变形过程。模型中的焊接热源与超声功率有关；工件的超声软化与焊接振幅及频率相关。模拟结果表明，超声电功率转化为焊接热量呈指数上升，随后近似稳定。焊接区域最高温度为566 ℃，为铝合金熔点的87%。工件接触面的材料由外侧向焊头下方的中间区域发生塑性流动并堆积在区域边缘，促进了焊接界面形成，且堆积产生的焊接区域的面积远大于焊头端面。在焊接初期，焊头的下压表现为钢的嵌入；随后在超声软化和高温作用下，铝合金表面的嵌入速度加快，直到焊接结束时，钢和铝表面均达到最大的嵌入深度。研究结果为优化大功率超声波焊接铝/钢接头的质量提供了理论依据。
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