惯性摩擦焊接过程的能量密度数值分析

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要惯性摩擦焊接是在轴向压力和扭矩的作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动及塑性流动所产生的摩擦热及塑性变形热使接触面及其近区达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，然后迅速顶锻而完成焊接的一种压焊方法。从能量的观点考察，惯性摩擦焊接基本上是一个能量的消耗过程。因此，对惯性摩擦焊接过程的能量问题进行研究是当前摩擦焊接领域中一个非常重要的课题。本文利用大型有限元软件MSC．Mare建立了同质和异质的环件惯性摩擦焊接二维轴对称热力耦合分析模型，运用大变形弹塑性有限元法分析了能量密度对完全对称的同质GH4169高温合金惯性摩擦焊接温度场、应力场以及焊接时间和轴向缩短量的影响

2、。研究表明，能量密度与焊接时间呈近似的线性关系，随着能量密度的增大，焊接时间逐渐延长，轴向缩短量也以更快的速率增大；在焊接过程的同一时刻，能量密度越大，焊接面的温度越高、飞边越大、飞边的弯曲程度越明显。为了检验模型的可靠性和计算结果的准确性，选取一个焊接过程进行了实验验证，实时测量了焊件的轴向缩短量和完成焊接所需要的焊接时间，其与计算值非常接近，证明本文的计算结果是准确的。同时对不同尺寸的GH4169合金和异质金属GH4169合金与42CrMo钢的惯性摩擦焊接过程进行了数值计算，定性分析了焊接过程中的能量问题，计算结果表明，不同尺寸的焊接副中，在同等大小的热流输入情况下，尺寸较小的能量密度较

3、大，热影响区较宽，温度梯度较小；对于异质金属，42CrMo钢端头温度上升较慢而且相对较低，加热区宽，温度梯度小；GH4169高温合金的高温强度比42CrMo钢高，焊接时在相同的轴向压力下，42CrMo钢一侧的顶锻变形量大，产生较大的飞边，塑性金属被挤出，易产生焊合不良的缺陷。此模型为优化非对称摩擦焊接工艺提供了参考。关键词：惯性摩擦焊接；数值模拟；能量密度；GH4169高温合金；有限元惯性摩擦焊接过程的能量密度数值分析TheNumericalAnalysisofEnergyDensityduringInertiaFrictionWeldingProcessAbstractUnd盯theaxi

4、alpressureandtorque，thecontactingsurfacesanditsadjoiningregiona地broughttoviscoplasticstateandproduceappropriatemacroscopicdeformationduringinertiafrictionweldingfrFW)process．Usingtherelativemotionofrubbingsurf&cesandtheplasticflow,thenareupsetrapidly．Fromthepointofenergy,basically,球Wisanenergyconsu

5、mingprocess．Therefore，itisveryimportanttostudytheenergyprobleminthefieldoffrictionwelding．Inthispaper,numbersof2Daxisymmeticthermo-mechaniccoupledmodelsforthesimulationofsimilarpiecesaredeveloped，andbyemployingtheelastic-plasticfiniteelementmethod(FEM)，theeffectofenergydensitytothetemperaturefields

6、,s吨ssfields,weldingtimesandaxialshorteningarecalculatedduringmWprocessesofthesimilarGH4169superalloy．111eresultsshowthattherelationshipbet'weenenergydensityandweldingtimeapproximatelyislinear．andtheweldingtimeincreasedwiththeenergydensity,aswell鹊theaxialshortening．Inaddition,themoretheenergydensity

7、,thehigherthetemperatureoftheinterfaceWas，andthelargertheflaShWaS．Inordertoverifythedependabilityandvalidityofthemodels，thecalculateddataofweldingtimeandaxialshorteningarecomparedtothemeasuredones，andtheyar