顶锻式摩擦塞焊焊接是一种固相焊接技术,具有节能、绿色环保、良好的焊接接头力学性能等优势,广泛应用在航空航天、汽车等领域。目前顶锻式摩擦塞焊工艺的研究主要是通过试验的方法,探究工艺参数对焊接接头质量的影响规律,并优化焊接工艺参数。本文通过有限元数值模拟和试验方法,研究了温度场的分布规律,并分析了工艺参数对温度场的影响规律,最后通过焊接接头焊缝特征的分布规律,验证了焊接接头质量和温度场的分布紧密相关。本文的主要工作内容总结如下:(1)将顶锻式摩擦塞焊焊接过程分为三个阶段,应用数学理论方法推导出不同阶段的产热模型,为温度场有限元数值模拟提供了理论依据。(2)对7075-T6铝合金的顶锻式摩擦塞焊温度场进行了模拟,得到了温度场分布的云图。仿真结果表明:初始阶段的温升速率最快,温度场分布呈现中心摩擦界面处温度最高,向四周温度降低;在摩擦界面上的不同高度,温度差异性很小。(3)对7075-T6铝合金进行了顶锻式摩擦塞焊工艺试验,验证了温度场有限元模型的可靠性;并分析了焊接工艺参数对温度场的影响规律,结果表明,较大的焊接转速和焊接压力能提高初始阶段的温升速率,摩擦时间主要影响焊接铝板过程中的最高温度。(4)对焊接接头的金相组织、显微硬度进行了试验,简要分析了温度、机械载荷对焊接接头不同区域组织的影响,并分析了焊接参数对接头拉伸强度的影响,表明了温度场是接头强度的主要影响因素。