惯性摩擦焊过程温度场及变形场的数值模拟

惯性摩擦焊接是一种广泛应用的高效、可靠、节能及环保的固态焊接方法.该方法在航天航空领域已广泛应用.本文分析了惯性摩擦焊接过程高度非线性的特点,在此基础上建立了一个基于二维轴对称的惯性摩擦焊接过程有限元热力耦合计算模型.计算区域划分成四节点等参单元,热物性参数和力学性能参数随温度变化,同时考虑了焊接热流随时间的变化、表面对流和辐射换热以及飞边的影响.利用有限元分析软件MSC Marc对同质材料GH4169-GH4169惯性摩擦焊接接头区的瞬态温度场及应力-应变场的分布进行了计算分析.使用热电偶点对焊接接头部分若干点的温度进行了实时测量.结果表明温度场的计算结果与实测值符合较好.另外,还讨论了工艺参数对摩擦焊接接头区应力分布以及飞边形状的影响.     

Ti-22Al-25Nb合金惯性摩擦焊接头显微组织与力学性能EI北大核心CSCD

采用惯性摩擦焊技术焊接Ti-22Al-25Nb合金,研究热处理前后焊接接头微观组织和显微硬度的变化,分析接头在650℃和750℃高温拉伸力学性能.结果表明:接头原始态焊合区由B2相和极少量残余α2相构成,热处理后焊合区由B2相和O相构成,O相由B2相直接相变产生,相变过程无成分变化.原始态焊合区的显微硬度高于母材,780℃/3 h热处理后焊合区的显微硬度陡升,大量析出的细小O相促进硬度升高,800℃/3 h热处理后焊合区显微硬度介于原始态和780℃/3 h热处理之间.高温拉伸断裂位置均位于母材区域,650℃拉伸断口微观形貌呈韧性断裂特征,断口存在较多浅而小的韧窝.     

连续驱动摩擦焊接过程的三维与二维数值模拟对比分析

建立了连续驱动摩擦焊接过程的三维和二维刚塑性热力耦合模型.在三维模型中考虑了摩擦面上环向摩擦力对摩擦焊接过程的影响.计算了GH4169合金棒材连续驱动摩擦焊接过程的温度场、应力场及变形场.将三维模型计算结果和二维轴对称模型的计算结果及试验结果进行综合对比分析.研究发现,三维模型和二维轴对称模型的温度场计算结果相差不大,并且都和试验结果吻合得很好;但与二维轴对称模型相比,三维模型由于考虑了环向摩擦力,其等效应力计算值更大,也更合理,其飞边形状和轴向缩短量的计算结果更接近试验结果.三维模型能更好地模拟摩擦焊接过程.     

不同能量密度的环件惯性摩擦焊接过程数值模拟

建立了GH4169合金大型环形件的惯性摩擦焊接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.结果表明,能量密度与焊接时间呈近似的线性关系,随着能量密度的增加,焊接时间逐渐增加,轴向缩短量也以更快的速率增大;在焊接过程的同一时刻,能量密度越高,焊接面的温度越高,飞边越大,飞边的弯曲程度越高.计算数据与试验数据吻合良好.     

Ti6Al4V线性摩擦焊数值模拟

针对线性摩擦焊基本理论和典型焊接过程,讨论了焊接过程中的摩擦产热机制;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.利用有限元分析软件ANSYS网格重划功能处理了焊接过程中的几伺非线性、材料非线性问题,实现了线性摩擦焊金属排出过程的模拟.选取钛合金Ti6Al4V作为试验对象,初步讨论了线性摩擦焊金属排出物的宏观形态及其形成原因.     

涡轮叶尖激光熔覆涂层技术探索

为了探索涡轮叶尖端部型腔涂层的制备工艺,以堆焊用镍基合金焊条加工成的粉末为原材料,分别采用激光熔覆及氩弧堆焊技术,在铸造镍基合金试样表面上制备涂层.结果表明:激光熔覆涂层在成型性上优于堆焊涂层,激光熔覆涂层的组织细小致密,硬度高于堆焊涂层的硬度;在涡轮叶尖上进行激光熔覆涂层工艺探索也获得成功.     

钛合金线性摩擦焊工艺试验及焊接精度研究

通过TC4和TC17钛合金材料的线性摩擦焊工艺参数优化试验,获得了线性摩擦焊三个主要工艺参数(振幅、频率、焊接压力)和一个辅助控制参数(焊接缩短量)对焊接接头的焊接飞边、焊缝组织以及焊接精度的影响规律,为整体叶盘零件的工艺结构设计和工艺参数的选取提供了依据.     

惯性摩擦焊接头组织与性能分析

采用惯性摩擦焊方法进行了CH4169高温合金的焊接,用金相显微镜、扫描电镜下EDS分析和硬度试验等方法分析了接头组织和性能,结果表明：惯性摩擦焊焊缝与母材无明显界线,结合良好,焊缝成份均匀与母材基本相同,接头硬度分布均匀,为其在工程实际中的应用提供了有效而可靠的技术保证。     

几何参数对环件摩擦焊接轴向缩短量的影响

环件的几何参数对惯性摩擦焊接轴向缩短量的影响很大.建立了惯性摩擦焊接过程的轴对称模型,运用大变形弹塑性有限元法分析了GH4169合金环件内径和壁厚对轴向缩短量的影响规律.研究表明:当环件壁厚给定时,轴向缩短量随着环件内径的增大呈先增大后减小的规律;当环件内径给定时,轴向缩短量随着壁厚增大而快速减小,直至壁厚超过某一临界尺寸;轴向缩短量的计算数据与实验数据符合较好.     

FGH98合金惯性摩擦焊接头显微组织与力学性能

采用惯性摩擦焊连接FGH98合金,研究了热处理对FGH98合金惯性摩擦焊接头显微组织以及力学性能的影响。结果表明,原始态焊接接头焊合区主要由γ 和 γ′ 两相组成,γ′相在焊接过程中发生了回溶,残余γ′相尺寸和数量均明显降低,经过热处理后,焊合区晶粒尺寸、残余γ′ 相的尺寸和数量未发生明显变化;原始态焊接接头的焊合区的硬度值最高,在焊合区的中心区域存在硬度降低的现象,热处理态焊接接头显微硬度整体分布相比原始态硬度值未发生较大变化;焊接接头室温拉伸的断裂位置在母材区,屈服强度大于1 130 MPa,达到母材的93%以上;抗拉强度大于1 616 MPa,达到母材的99%以上;750 ℃拉伸的断裂位置在焊缝区,屈服强度大于1 025 MPa,达到母材的99%以上;抗拉强度大于1 197 MPa,达到母材同等水平。创新点：(1)采用惯性摩擦焊焊接FGH98镍基粉末高温合金,研究了热处理前后的焊接接头微观组织形貌。(2)结合微观组织分析,对力学性能进行了研究。