GH4169合金慣性摩擦焊工藝及有限元數(shù)值模擬研究.pdf

1、慣性摩擦焊接技術(shù)是一種高效、節(jié)能的先進固態(tài)連接方法。因其控制參數(shù)少、工藝簡單、自動化程度高、接頭質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，在航空航天、汽車、能源等許多領(lǐng)域有著非常廣闊的應用前景。 傳統(tǒng)的慣性摩擦焊工藝從焊接自動化和質(zhì)量的穩(wěn)定性、可重復性出發(fā)，通常采用大轉(zhuǎn)動慣量、低轉(zhuǎn)速、大壓力。這種工藝參數(shù)下，接頭溫度峰值低；熱影響區(qū)易擴大；制動扭矩大，接頭質(zhì)量控制困難。為了避免這些問題，本文對GH4169合金慣性摩擦焊采用小轉(zhuǎn)動慣量、高轉(zhuǎn)速、兩級壓力的工

2、藝參數(shù)進行了研究。結(jié)果觀測到各組試樣頂鍛時瞬時升溫明顯，均出現(xiàn)了火花飛濺現(xiàn)象。通過接頭顯微組織分析，發(fā)現(xiàn)接頭晶粒過渡勻稱且均細于母材，無未焊透、飛邊裂紋和撕裂等缺陷；通過焊接過程中接頭溫度場的測量，發(fā)現(xiàn)在能量輸入相同的條件下轉(zhuǎn)速越高，摩擦界面溫度峰值越高，軸向溫度梯度越大，熱影響區(qū)越窄；頂鍛壓力越大，飛濺現(xiàn)象越明顯，瞬時升溫過程越短，界面峰值溫度越高。基于實驗結(jié)果，進行了接頭形成分析，比較了大轉(zhuǎn)動慣量與小轉(zhuǎn)動慣量兩種焊接規(guī)范接頭的性能，

3、并總結(jié)了常見焊接缺陷。 本文還根據(jù)慣性摩擦焊兩級壓力焊焊接過程的特點，結(jié)合金屬材料塑性成形過程的大變形熱一彈塑性理論、虛功原理和摩擦學理論，運用有限元軟件ANSYS建立了GH4169合金慣性摩擦焊接過程的二維軸對稱熱力耦合模型。該模型假設熱輻射、熱對流對溫度場的影響極小，無飛濺現(xiàn)象，基于實測轉(zhuǎn)速和給定的邊界條件，計算了焊接過程的瞬態(tài)溫度場、應力應變場和塑性流動。通過測溫實驗，檢驗了模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實驗溫度場吻合得非常好。