tc4钛合金惯性摩擦焊接头塑性金属流动行为分析

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1、TheanalyseofplasticmetalflowbehaviourofinertiafrictionweldingforTC4titaniumalloyADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMaterialsProcessingEngineeringbyCangruizhiUndertheSupervisionofProf.KelimingSchoolofAeronauticalManufacturingEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nan

2、chang,ChinaJun.2012摘要惯性摩擦焊是一种固相连接方法，接头附近塑性金属在塑性层内流动，此过程中焊缝内部塑性金属的流动方式是不可见的。为了获得焊缝金属的塑性流动规律，本文以纯钛丝为标示材料，在不同的工艺参数下分别对相同直径和不同直径的TC4钛合金棒材进行惯性摩擦焊试验，焊接完成后沿试件轴向对不同工艺参数下的接头逐层切片并观察标示材料的分布，结合飞边及焊缝的宏观形貌，分别对相同直径和不同直径试件建立接头金属的塑性流动模型，最终得到接头金属的塑性流动规律。研究结果表明，当两试件直径相同时，塑性金属在摩擦扭矩、顶锻压力的作用下形成“

3、X”形焊缝，并以螺旋状的方式流出摩擦面，外缘塑性金属和中心区域金属先后流出摩擦面形成飞边；当两试件直径不同时，塑性金属在摩擦扭矩、顶锻压力的作用下形成“弧”形焊缝，并以螺旋状的方式流出摩擦面，试件细端的外缘塑性金属和细端内部塑性金属先后流出摩擦面在细端形成飞边，只有当细端飞边尺寸与试件粗端摩擦面尺寸相同时才会在粗端出现飞边。试件横截面上标示材料的分布特征表明，焊接过程中，摩擦面附近塑性金属呈两种运动方式：沿径向的圆周运动和沿轴向的螺旋前进运动。在径向和轴向上，塑性金属的变形量均呈梯度分布：径向上，随着半径的增大径向流动位移增大，整个摩擦面变形

4、量最大的区域位于试件外缘。随着半径的减小，变形量逐渐减小。随着距离焊缝的距离增大，变形量逐渐减小，塑性程度降低。工艺试验结果表明，不论接头两端试件的直径是否相同，在顶锻压力和转动惯量一定时，增大初始转速，塑性金属流动行为剧烈程度均会增加；在顶锻压力和初始转速一定时，适当的减小转动惯量会增大塑性金属的变形量。较大的初始转速、较小的转动惯量可以得到塑性金属流动充分、轴向缩短量大的焊接接头。关键词：惯性摩擦焊；TC4钛合金；工艺参数；塑性金属流动行为IAbstractInertialfrictionweldingisasolidphaseconne

5、ctionmethod.theplasticmetalneartheweldingjointflowsintheplasticlayer,theflowwayoftheplasticmetalnearbytheweldingjointisnotvisible.Inordertoobtainthemetalplasticflowregularity,thispaperdiscussedtheflowbehaviorwhichwasobservedondifferentcrosssectionneartheweldingjointindiffer

6、entprocessparameters,basedontheinertialfrictionweldingexperimentsbetweenthesameanddifferentarearodsofTC4titaniumalloybyusingthepuretitaniumasthetracingmaterial.Andtheflowmodelwasestablishedatdifferentstagesandthemetalplasticflowlawswereobtainedfinally.Theexperimentalresulte

7、dthatundertheconditionofthesameweldingarea,theplasticmetalneartheweldlineflowedtotheweldlinebythespiraltypeofflowunderthefrictiontorque，pressureoffriction,andtheshapeoftheweldlinewas―X‖.Theplasticmetalattheedgeoffrictionsurfaceblowedoutoftheweldsurfacefirstlyandbecomedthefo

8、remostflash,thentheinnermetalblowedoutandbecametheflashneartheweldline.Underthecon