钛合金ti6al4v线性摩擦焊接数值模拟研究

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1、摘要线性摩擦焊接(LinearFrictionWelding)作为一种先进的固态连接技术，凭借其高效、优质的特点逐渐引起人们的重视。尤其是在高推重比飞机发动机整体叶盘制造与维修领域，线性摩擦焊接己经成为最经济、实用的加工技术之一。本文针对线性摩擦焊接典型的焊接过程，分析了相对滑动表面的摩擦学特性及载荷、温度、相对摩擦速度对摩擦系数的影响；讨论了焊接过程中摩擦产热机制；依照运动学原理推导了焊接过程的产热方程；采用热力耦合有限元方法建立了焊接过程不同阶段的二维弹塑性有限元计算模型，分别用于工件温度场、应力场及应变场的计算。利用ANSYS软件网格重划功能

2、处理了计算过程中的几何非线性、材料非线性问题，实现了线性摩擦焊接过程中飞边成型过程的模拟。通过模拟调整热输入参数，找出了焊接过程中轴向压力、振幅、振动频率的最小临界值，这对于更深入的了解线性摩擦焊接过程、更好的控制焊接工艺参数有着重要意义。借助修改已建立的有限元数值模型，探讨了利用激光辅助加热的方法改善焊接温度场的可行性。建立了激光辅助加热有限元模型，将模拟结果与常规方法进行了对比。结果表明此方法可以改善焊接温度场及提高飞边成型质量。在二维基础上探讨了焊接过程的三维数值模拟。将三维模拟结果与二维结果进行了对比，找出了模型的不足之处，提出了改进线性摩

3、擦焊接模型的意见。实验研究了钛合金Ti6A14V线性摩擦焊接过程。阐述了线性摩擦焊接工件飞边的宏观形态及其形成原因，得出了金属挤出物的规律。分析了所选典型焊件焊缝区、热影响区的显微组织形貌及成因。对焊接接头进行了力学性能测试。结果表明，由于焊缝区形成了细小的等轴晶，接头抗拉强度和塑性均高于母材。若焊接工艺参数控制得当，线性摩擦焊接是一种优质焊接方法。关键词Ti6A14V，线性摩擦焊接，有限元，数值模拟AbstractRegardedanadvancedsolid—statejointtechnology,resortedtothehigheffic

4、iencyandgoodqualitycharacteristic，linearfrictionwelding(LFW)hasbeenaccepted，especiallyinmanufactureandrepairingofhighthrust·weightratioaero—engines，whichhasbecomeoneofthemosteconomicalandavailabletechnologies．Accordingtothebasistheoryoflinearfrictionweldingandtherepresentative

5、weldprocess，thefrictionalcharacteristicsofrelativeslippagesurfaceandtheinfluencethatinterfaceload，temperature，andrelativerubbingvelocityactontheinterfacecoefficientoffrictionisanalyzed．Consultingtheliteratureresearch，therulethatfrictionalheatgenerateisdiscussedBasedonall-sided

6、comprehensionofpreviousresearchandaccordingtotheprincipleofkinematics，equationofheatgenerationduringweldprocessiscomputedagain．Itisidenticalbetweencalculatedresultandprevioustheory．Accordingtothebasistheoryoflinearfrictionwelding，usingthermo-mechanicalfiniteelementmethod，two—d

7、imensionalelastic·plasticFEMmodelisestablished．Theprocessofweldingisdeeplyanalyzed．Variousfiniteelementmodelsareestablishedtosimulatedifferentweldingphasesoftemperaturefield，stressfieldandstrainfield．Thegeometricnonlinearityandmaterialnonlinearityduringsimulationissolvedbyusin

8、gthegridredrawfunctionofANSYS．Theextrusionstageofplasticmetal