基于三维双塑性体摩擦副模型的FGH96高温合金管惯性摩擦焊数值模拟

基于弹塑性有限元理论，采用三维塑性体/塑性体摩擦副模型，考虑实际焊接过程中两侧工件散热条件的差异，建立了FGH96高温合金管惯性摩擦焊过程有限元模型，计算了焊接过程中瞬态温度场和轴向应力场的分布，研究了初始转速、顶锻力和转动惯量对接头温度场和飞边形貌的影响。模拟的飞边形貌与试验所得焊件误差仅为5%，验证模型的可靠性。模拟结果表明，惯性摩擦焊过程中，摩擦界面升温迅速，峰值温度可达1 335 ℃，塑性变形主要发生在距界面4 mm的区域内，该区域轴向温度梯度较大。摩擦界面附近压应力值从中心到边缘逐渐降低，界面边缘应力状态由压应力转变为拉应力，飞边根部由于挤压变形，存在压应力集中。提高初始转速和转动惯量均能增加焊接热输入，延长摩擦时间，提升峰值温度，增加飞边挤出量；加大顶锻力可提高机械能转化成热能的效率，缩短摩擦时间，增加轴向缩短量和飞边卷曲度。 创新点： 塑性体/塑性体有限元模型能够综合考虑接触面力的相互作用，采用更符合实际的三维双塑性体模型，对FGH96高温合金环形工件惯性摩擦焊过程进行了数值模拟。

Numerical simulation of inertia friction welding of FGH96 superalloy tube based on 3D double plastic bodies friction pair model