發(fā)布時(shí)間：2019-09-15 22:15

【摘要】：鎳基高溫合金因其良好的高溫性能在航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件中得到較為廣泛的應(yīng)用,整體葉盤制造過程中線性摩擦焊則是連接鎳基高溫合金的有效手段。線性摩擦焊接過程是復(fù)雜的熱力耦合過程,焊接過程中的溫度場演變與應(yīng)力場演變以及材料的塑性流動(dòng)對(duì)接頭的形成及接頭質(zhì)量有著重要作用。因此,研究清楚鎳基高溫合金線性摩擦焊接溫度場、塑性流變場及應(yīng)力場的演變對(duì)于控制焊接質(zhì)量、調(diào)控接頭組織性具有重要意義。不同工藝參數(shù)下(振幅、摩擦壓力與頂鍛壓力)線性摩擦焊工藝試驗(yàn)結(jié)果表明,高熱輸入條件下接頭飛邊呈四周連續(xù)封閉狀態(tài),而低熱輸入下飛邊從摩擦界面的四邊擠出后相互獨(dú)立并不閉合;軸向縮短量隨著摩擦壓力和振幅的增加而增加。采用盲孔法測量鎳基高溫合金線性摩擦焊接接頭殘余應(yīng)力的結(jié)果表明,摩擦壓力為400MPa和振幅為2.92mm時(shí),接頭的殘余應(yīng)力最低。利用高速攝像及熱電偶測溫方法檢測分析鎳基高溫合金線性摩擦焊接頭飛邊的形成過程與焊接熱循環(huán),為線性摩擦焊接過程數(shù)值模擬提供充足的驗(yàn)證數(shù)據(jù)�；趯�(shí)驗(yàn)材料的熱壓縮數(shù)據(jù)建立材料本構(gòu),考慮焊接過程中庫倫與剪切的混合摩擦。根據(jù)線性摩擦焊接過程熱-力耦合特點(diǎn),基于有限元模擬軟件Deform建立線性摩擦焊數(shù)值計(jì)算模型,通過接頭溫度變化曲線、飛邊形貌與軸向縮短量驗(yàn)證了計(jì)算模型的正確性。線性摩擦焊接溫度場的計(jì)算結(jié)果表明,初始摩擦階段摩擦界面溫度場分布不均勻,沿振動(dòng)方向在兩端交替出現(xiàn)。過渡階段摩擦界面溫度趨于一致,高溫區(qū)域從中心產(chǎn)生。穩(wěn)定摩擦階段界面溫度則保持不變。摩擦初始階段基本無塑性金屬的流動(dòng),當(dāng)摩擦界面材料達(dá)到塑性狀態(tài)時(shí),摩擦界面上會(huì)形成兩個(gè)具有流動(dòng)中心的材料流動(dòng)區(qū)域,流動(dòng)區(qū)域的塑性材料的由中心點(diǎn)向四周流動(dòng),最終界面流場呈"X"狀。當(dāng)工件內(nèi)部點(diǎn)隨著材料的流動(dòng)達(dá)到摩擦界面時(shí),該點(diǎn)溫度以及速度與摩擦界面點(diǎn)相同;而工件上任意點(diǎn)在隨著塑性材料擠出界面形成飛邊的過程中,該點(diǎn)在X、Y、Z方向上的速度方向以及大小都會(huì)發(fā)生改變。線性摩擦焊接過程中的應(yīng)力演變不僅受到熱、塑性材料流動(dòng)的影響,還受到焊接壓力的影響。摩擦過程中的應(yīng)力演變受到交變力的作用應(yīng)力隨時(shí)間的變化存在周期性波動(dòng)。摩擦初期沿著振動(dòng)方向在工件兩端交替出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū),并不斷擴(kuò)大形成一個(gè)中心高應(yīng)力區(qū)。保壓階段應(yīng)力從工件機(jī)械約束的上方開始逐漸向工件內(nèi)部中心釋放。頂鍛壓力撤除后,接頭內(nèi)整體壓力降低,低應(yīng)力區(qū)域仍由工件中間部位向沿垂直于振動(dòng)方向向兩端擴(kuò)展。冷卻至80s后接頭應(yīng)力處于較低水平,較高應(yīng)力區(qū)域存在與機(jī)械約束端部與摩擦階段高應(yīng)力區(qū)域的兩端處。在整個(gè)焊接過程中接頭區(qū)域不同方向上存在壓應(yīng)力和拉應(yīng)力,Z方向上(摩擦壓力方向)始終受到壓應(yīng)力。X、Y方向的應(yīng)力則受焊接時(shí)間及焊接區(qū)域影響。隨焊接時(shí)間的增加,中心區(qū)域拉應(yīng)力逐漸增大而兩端的壓應(yīng)力不斷變小。不同焊接工藝參數(shù)對(duì)應(yīng)力變化規(guī)律有很大影響。冷卻過程中基本上以摩擦壓力越高則應(yīng)力水平越高的規(guī)律變化。振幅的變化對(duì)應(yīng)力演變的影響相對(duì)摩擦壓力與頂鍛壓力較小,在振幅為2.92mm時(shí)接頭的應(yīng)力水平最低。不同的保壓時(shí)間主要影響垂直于振動(dòng)方向的應(yīng)力變化,對(duì)其他兩個(gè)方向應(yīng)力變化影響較小。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG453.9

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;線性摩擦焊技術(shù)介紹[J];航空制造技術(shù);2008年17期

2 朱瑞峰;白鋼;蘇利龍;何宇航;;線性摩擦焊及其研究應(yīng)用現(xiàn)狀[J];熱加工工藝;2009年09期

3 陳亮;李文亞;馬鐵軍;;線性摩擦焊接技術(shù)研究進(jìn)展與展望[J];航空工程進(jìn)展;2010年02期

4 郭正華;張澍;劉澤民;;45鋼不同工藝參數(shù)線性摩擦焊接的三維數(shù)值模擬[J];熱加工工藝;2012年13期

5 季亞娟;劉燕冰;張?zhí)飩};張傳臣;;振幅對(duì)線性摩擦焊接頭組織和元素分布的影響[J];焊接學(xué)報(bào);2012年09期

6 吳輝;孫敏;楊燕;;線性摩擦焊技術(shù)研究進(jìn)展[J];焊接技術(shù);2014年07期

7 杜隨更,常濤,王忠平;線性摩擦焊機(jī)夾具系統(tǒng)彈性變形對(duì)焊接過程的影響[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2004年06期

8 杜建國;楊思乾;馬鐵軍;;鈦合金線性摩擦焊機(jī)頭跳動(dòng)對(duì)焊接質(zhì)量的影響[J];焊接技術(shù);2006年05期

9 欒海英;陳貞發(fā);;線性摩擦焊電液伺服系統(tǒng)的研制[J];液壓與氣動(dòng);2007年01期

10 王世偉;馬鐵軍;張勇;楊思乾;;45鋼線性摩擦焊接頭溫度場數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J];熱加工工藝;2008年17期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 劉金合;楊思乾;馬鐵軍;孫福;卜文德;;鈦合金TC4線性摩擦焊的工藝探索[A];第十一次全國焊接會(huì)議論文集（第1冊）[C];2005年

2 馬鐵軍;張勇;王世偉;楊思乾;;異種鈦合金線性摩擦焊試驗(yàn)研究[A];陜西省焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

3 祝文卉;劉佳濤;曾維慷;;鈦合金線性摩擦焊工藝試驗(yàn)及焊接精度研究[A];第十六次全國焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

4 馬鐵軍;湯化偉;李文亞;張勇;;線性摩擦焊過程的摩擦功率曲線研究[A];第十六次全國焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

5 杜隨更;郭勁松;;動(dòng)態(tài)仿真在整體葉盤線性摩擦焊接中的應(yīng)用[A];第十一次全國焊接會(huì)議論文集（第1冊）[C];2005年

6 王英杰;張勇;溫國棟;馬鐵軍;高大路;;線性摩擦焊低熔點(diǎn)金屬塑性流動(dòng)過程中的熱能傳遞研究[A];第十六次全國焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

7 楊俊;許飛;;線性摩擦焊焊后熱處理溫度對(duì)接頭顯微組織和疲勞極限的影響規(guī)律[A];第22屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集第Ⅲ冊[C];2013年

8 馬鐵軍;楊思乾;蘇瑾;梁養(yǎng)民;錢虎哠;;GH4169線性摩擦焊研究[A];第十一次全國焊接會(huì)議論文集（第1冊）[C];2005年

9 陳曦;馬鐵軍;李文亞;張勇;楊思乾;;GH4169線性摩擦焊初步試驗(yàn)研究[A];第十六次全國焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

10 史棟剛;馬鐵軍;張勇;楊思乾;謝紅霞;;TC4線性摩擦焊功率、溫度及剪切強(qiáng)度的變化規(guī)律[A];陜西省焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 季亞娟;整體葉盤制造新技術(shù)——線性摩擦焊[N];中國航空報(bào);2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 欒海英;電液伺服控制線性摩擦焊系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];機(jī)械科學(xué)研究總院;2007年

2 趙鵬康;TC11/TC17鈦合金線性摩擦焊接頭組織與性能研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2016年

3 溫國棟;異種鈦合金線性摩擦焊溫度場、微觀組織及性能研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 矯震;線性摩擦焊過程中的原子擴(kuò)散及缺陷演化動(dòng)力學(xué)模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 劉銀勛;機(jī)械式調(diào)幅線性摩擦焊裝備設(shè)計(jì)與仿真[D];深圳大學(xué);2017年

3 王嚴(yán);鎳基高溫合金線性摩擦焊接過程數(shù)值分析[D];山東大學(xué);2017年

4 王慶;線性摩擦焊接過程有限元熱力耦合分析[D];西北工業(yè)大學(xué);2001年

5 孫婷;線性摩擦焊接過程中的數(shù)值模擬仿真[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

6 郭勁松;整體葉盤線性摩擦焊接過程動(dòng)態(tài)仿真[D];西北工業(yè)大學(xué);2003年

7 張澍;45鋼線性摩擦焊接過程的數(shù)值模擬研究[D];南昌航空大學(xué);2012年

8 肖華;氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

9 杜建國;液壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

10 孫權(quán);線性摩擦焊微孔缺陷演化的數(shù)值模擬及彌合規(guī)律研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

，

本文編號(hào)：2535948