45钢线性摩擦焊接过程的数值模拟研究

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线性摩擦焊接(LinerFrictionWelding:LFW)作为一种精密的焊接技术,除了具有摩擦焊技术的低成本、高可靠性、焊缝组织缺陷少等优点,还能克服惯性摩擦焊对焊件形状的限制。目前该技术已经成功应用于制造和维修航空发动机整体叶盘。由于线性摩擦焊接是一个高度非线性的塑性成形过程,仅通过工艺实验的方法很难确定焊接工艺参数对焊接过程的影响规律。为此,本文采用有限元数值模拟技术对该问题进行系统深入的研究,对于指导线性摩擦焊的实践应用有着重要的意义。本文利用ABAQUS有限元分析软件,建立了线性摩擦焊接过程的弹塑性热力耦合模型。建模过程中,解决了焊件的几何模型、材料模型、摩擦接触模型等关键的技术问题,并通过理论验证和实验验证,证明了该有限元模型是可靠的。基于本文所建立的有限元模型,对45钢线性摩擦焊接过程的热力学行为进行研究,发现:焊接界面中心温度在1s内上升到800℃,之后界面温度缓慢上升至950℃左右,随着摩擦振动的进行,焊接界面温度场均匀化,轴向缩短量不断增加,大量材料被挤出形成了飞边。最后还将模拟结果与实验结果进行了对比,从工艺试验的角度验证了模型的可靠性。在热力学行为研究的基础上,对焊接工艺参数中的振动频率、摩擦压力和振幅进行单因素分析,研究焊接工艺参数对焊接结果的影响规律。从模拟结果中发现:增加振动频率、摩擦压力和振幅可以提高焊接界面的摩擦热输入量。摩擦热输入量的提高使得焊接界面温度上升速度加快,材料软化所需时间被缩短,最终导致更多的材料通过塑性流动流出焊接界面形成飞边。所以提高振动频率,摩擦压力和振幅能够增加焊件的轴向缩短量。另外,在单因素分析的过程中还发现:增加振动频率可以提高摩擦热的传导速度;提高摩擦压力会对待焊件产生较为明显的镦粗作用,这些因素也促进了焊件轴向缩短量的增加。
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