35Ni4Cr2MoA摩擦焊過程數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化研究.pdf

1、摩擦焊作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能和無污染的先進(jìn)焊接方法，已被眾多發(fā)達(dá)國(guó)家作為一項(xiàng)技術(shù)政策而大力推廣應(yīng)用，因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)這項(xiàng)技術(shù)都開展了廣泛的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外摩擦焊數(shù)值模擬研究成果的基礎(chǔ)上，以直升機(jī)起落架機(jī)輪軸材料為研究對(duì)象，利用有限元理論和數(shù)值模擬技術(shù)建立該材料的連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊有限元數(shù)值模擬計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊過程的數(shù)值模擬，開展工藝參數(shù)對(duì)決定焊接質(zhì)量的各物理參量場(chǎng)影響規(guī)律的研究，利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的方法代替大

2、量的實(shí)際焊接工藝試驗(yàn)，得到合適的焊接工藝參數(shù)范圍，再結(jié)合少量的焊接工藝實(shí)驗(yàn)，得到優(yōu)化的焊接工藝。
　　本文首先根據(jù)摩擦焊是一個(gè)伴隨有摩擦加熱，高溫形變及連續(xù)冷卻的熱力循環(huán)過程的特征，在分析傳熱學(xué)和塑性力學(xué)有關(guān)理論的基礎(chǔ)上，建立連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊接過程的溫度場(chǎng)和應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合金屬材料塑性成形過程的剛-粘塑性理論，綜合考慮工件的尺寸形狀、變熱物性參數(shù)、摩擦系數(shù)等因素的影響，采用剛-粘塑性有限元法和ABAQUS有限元軟件建立了高

3、強(qiáng)合金鋼摩擦焊接過程的二維軸對(duì)稱、熱力耦合有限元計(jì)算模型。
　　利用該模型計(jì)算了35 Ni4Cr2MoA高強(qiáng)鋼連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊接過程的溫度場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)和軸向縮短量，并針對(duì)三個(gè)焊接階段對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析，通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的實(shí)用性;利用有限元模型進(jìn)行了焊接接頭塑性區(qū)的形成、擴(kuò)展和金屬流動(dòng)規(guī)律的數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)，對(duì)于空心軸件高溫塑性區(qū)首先在外徑處產(chǎn)生，隨后在內(nèi)徑處產(chǎn)生，最后才在摩擦面的中間處產(chǎn)生，而且內(nèi)外徑處的高溫塑性區(qū)寬度大

4、于中間區(qū)域。
　　計(jì)算和分析了影響摩擦焊接質(zhì)量的關(guān)鍵工藝參數(shù)轉(zhuǎn)速、摩擦壓力對(duì)焊接接頭溫度場(chǎng)、摩擦扭矩和變形速度的影響規(guī)律，得到了35 Ni4Cr2MoA高強(qiáng)鋼連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊的合適的轉(zhuǎn)速范圍和穩(wěn)定摩擦扭矩的合適區(qū)間，得出了合適的摩擦變形速度區(qū)間與合適的摩擦扭矩區(qū)間是重合的結(jié)論;計(jì)算和分析了各焊接工藝參數(shù)對(duì)軸向縮短量的影響規(guī)律，計(jì)算了不同摩擦壓力和摩擦?xí)r間下的接頭形狀，并進(jìn)行了對(duì)比分析;計(jì)算和分析了摩擦壓力和時(shí)間對(duì)接頭溫度場(chǎng)的影響規(guī)律