惯性摩擦焊高温区温度特征仿真与实验研究

作     者：张永强 刘浩 唐天祥 史清宇 陈高强 张春波 梁武 周军 ZHANG Yongqiang;LIU Hao;TANG Tianxiang;SHI Qingyu;CHEN Gaoqiang;ZHANG Chunbo;LIANG Wu;ZHOU Jun

作者机构：中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司上海201306 清华大学机械工程系清洁高效透平动力装备全国重点实验室北京100084 中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所哈尔滨150028 

出 版 物：《精密成形工程》 (Journal of Netshape Forming Engineering)

年 卷 期：2024年第16卷第10期

页      面：115-123页

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家重点研发计划(2022YFB3404905) 

主　　题：惯性摩擦焊 温度场 钛合金 有限元 模拟仿真 

摘      要：目的定量分析影响惯性摩擦焊接头质量的关键因素——焊接过程高温区的温度特征。方法选取TC4钛合金为研究对象,综合运用有限元仿真及界面组织观察的研究方法,分析确定惯性摩擦焊过程中高温区的温度特征。针对初始转速分别为1000 r/min及1200 r/min的2种惯性摩擦焊工况开展实验,并建立了热-力耦合有限元仿真模型对惯性摩擦焊过程进行仿真分析。结果仿真得到的温度分布与焊接过程摩擦界面附近的测温结果吻合良好,仿真模型与实验分析结果均表明,与初始转速为1000 r/min相比,初始转速为1200 r/min时的接头的飞边更大,2种焊接工况下仿真得到的轴向缩短量均与实验结果吻合良好,表明了仿真模型对TC4钛合金惯性摩擦焊热-力过程分析的准确性。结论在TC4钛合金圆棒样品惯性摩擦焊过程中,摩擦界面附近存在高温区,高温区内的温度呈现出芯部低、外围高的特点,最高温度约出现在沿半径方向1/2半径处。在初速转速为1000 r/min及1200 r/min的焊接工况下,芯部温度约为720℃与780℃,外围的最高温度分别约为850℃与920℃。接头组织观察结果进一步证实了仿真得到的高温区的温度数值的准确性。