GH4169高温合金惯性摩擦焊接头温度场分布及变化规律.pdf

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1、学术论文RESEARCHGH4169高温合金惯性摩擦焊接头温度场分布及变化规律DistributionandVariationPrincipleofTemperatureFieldinGH4169SuperalloyInertiaFrictionWeldingJoint西北工业大学材料学院兵器工业第五十九研究所【摘要】采用工控机实时检测系统，通过在焊接接头埋设热电偶的方法实时检测了GH4169高温合金惯性摩擦焊接过程中接头的温度变化历程，获得了接头轴向和径向的温度场分布，并结合摩擦机制分析了其变化规律。关键词：GH4169高温合金惯性摩擦焊温度场检测温度场分布【ABSTRACTlThetemp

2、eraturevariationprocessintheGH4169superalloyinertiafrictionweldingjointismeasuredbymeansofembeddingthermocouplesinwork—pieces，usingthetemperaturetestingsystembasedonanindustrycontrolcomputer．Thetemperaturedistributionintheaxialdirectionandradialdirectionofweldmentsisob．minedandthevaryinglawofthetemp

3、eraturedistributionisanalyzed．Keywords：GH4169superalloyInertiafrictionweldingTemperaturedetectionTemperaturedistri-bution惯性摩擦焊接是一种高效、节能、优质的同态连接方法，与传统熔化焊相比，不会产生气孔、熔渣等缺陷，其接头性能与母材等强度；与连续驱动摩擦焊相比，惯性摩擦焊控制参数少、焊接性能再现性好，其热过程具有加热速度快、温度梯度大、热影响区窄的特点。惯性摩擦焊在异种材料和高强度材料焊接方面具有独特的优势，在航空、航天等领域具有广泛的应用前景，特别是在航空发动机制造方面具有

4、无可替代的重要地位【Id】。GH4169被广泛地应用于航空、航天等工业领域，它是一种由矿和’，沉淀强化的镍基高温合金14J，其合金化程度高，焊接区域的组织和性能对焊接温度敏感。惯性摩擦焊是—Il_—I一个涉及高温、力学和冶金的复杂过kC，iNi程，焊接温度场是其中非常重要的物一i卜文德刘金合徐韦锋徐晓菱吴玮擦表面高温粘塑性金属的形成和流动规律，焊接接头的冶金过程及接头组织、性能等都有重要意义。因此开展GH4169合金惯性摩擦焊过程中温度场的研究，对提高焊接质量、优化焊接工艺有着重要意义。但是，由于惯性摩擦焊接过程时间短，温度变化快、变化幅度大，采用通常的温度记录仪无法实现焊接接头的温度检测。因

5、而，国内关于惯性摩擦焊温度场的研究报道较少，文献【5】采用红外成像仪检测了36CrNiMo钢惯性摩擦焊接过程中工件表面的温度分布。红外成像仪的响应速度快，但是只能检测工件表面的温度。本课题采用工控机实时测温系统，通过在焊接接头内部不同位置埋设热电偶的方法，对惯性摩擦焊接过程中接头的温度变化进行了实时检测，获得了接头摩擦界面近区温度变化规律、温度场径向分布和轴向分布及其变化规律，并结合摩擦机理分析了温度变化的原因。1试验条件与方法试验采用中国兵器第五十九所的CT25特种摩擦焊机，该机可以完成惯性摩擦焊、连续驱动摩擦焊和惯性驱动径向相位摩擦焊。试验材料GH4169为热轧棒材，其化学成分见表1，试件

6、规格西25mmX90mm。焊接过程中温度的检测采用自行开发的T控机实时检测系统，系统工作原理161如图l所示，焊件上的温度信号由热电偶获取，并被转换成电压信号，通过采样、信号同步保持将连续的电压信号转变成离散的电压信号，然后经A／D转换，转换成数字信号存储在工控机上。本采集系统的特点是采集频率高(最高频率可达5000Hz)、数据存储量大、可以实现多路同步采集。试验分别检测了焊件轴向和径向不同位置特征点表1GH4169高温合金的化学成分Ⅳ／％理参量，对研究焊接热循环过程，摩．n肌21DI50m55·oI2m3384航空制造技术·2010年第7期一。二l袅盈RESEARCH学术论文图1工控机测温系

7、统工作原理Fig．1Workpdncipleoftemperaturemeasuringsystemofindusbycontrolcomputer的温度，温度测量采用直径0．3ram的镍铬一镍硅K型热电偶，在非旋转焊件上用电火花打出直径西Inqm工艺孔，将热电偶插入盲孔并用高温无机胶密封，使热电偶顶端与被测工件始终保持良好接触。每次试验焊件上安置4个测温点，图2为测温位置示意图。焊件I、2上各测