慣性摩擦焊接過程的能量密度數(shù)值分析.pdf

1、慣性摩擦焊接是在軸向壓力和扭矩的作用下，利用焊接接觸端面之間的相對運動及塑性流動所產(chǎn)生的摩擦熱及塑性變形熱使接觸面及其近區(qū)達到粘塑性狀態(tài)并產(chǎn)生適當?shù)暮暧^塑性變形，然后迅速頂鍛而完成焊接的一種壓焊方法。從能量的觀點考察，慣性摩擦焊接基本上是一個能量的消耗過程。因此，對慣性摩擦焊接過程的能量問題進行研究是當前摩擦焊接領(lǐng)域中一個非常重要的課題。 本文利用大型有限元軟件MSC.Marc，建立了同質(zhì)和異質(zhì)的環(huán)件慣性摩擦焊接二維軸對稱熱力耦

2、合分析模型，運用大變形彈塑性有限元法分析了能量密度對完全對稱的同質(zhì)GH4169高溫合金慣性摩擦焊接溫度場、應(yīng)力場以及焊接時間和軸向縮短量的影響。研究表明，能量密度與焊接時間呈近似的線性關(guān)系，隨著能量密度的增大，焊接時間逐漸延長，軸向縮短量也以更快的速率增大；在焊接過程的同一時刻，能量密度越大，焊接面的溫度越高、飛邊越大、飛邊的彎曲程度越明顯。 為了檢驗?zāi)Ｐ偷目煽啃院陀嬎憬Y(jié)果的準確性，選取一個焊接過程進行了實驗驗證，實時測量了焊件

3、的軸向縮短量和完成焊接所需要的焊接時間，其與計算值非常接近，證明本文的計算結(jié)果是準確的。文中對不同尺寸的GH4169合金和異質(zhì)金屬GH4169合金與42CrMo鋼的慣性摩擦焊接過程進行了數(shù)值計算，定性地分析了焊接過程中的能量問題。計算結(jié)果表明，不同尺寸的焊接副中，在同等大小的熱流輸入情況下，尺寸較小的能量密度較大，熱影響區(qū)較寬，溫度梯度較??；對于異質(zhì)金屬，42CrMo鋼端頭溫度上升較慢而且相對較低，加熱區(qū)寬，溫度梯度小；GH4169高溫