慣性徑向摩擦焊接熱過程三維數(shù)值分析.pdf

1、徑向摩擦焊是摩擦焊技術(shù)近年發(fā)展起來的重要研究方向之一，它繼承了摩擦焊接高可靠性、高效率、高焊件尺寸精度、高環(huán)保效益等諸多優(yōu)點(diǎn)，適用于環(huán)狀、不易旋轉(zhuǎn)的軸對(duì)稱零件的焊接，如長管道的對(duì)接、管管套接等接頭形式。徑向摩擦焊過程是一個(gè)高溫高壓的快速能量轉(zhuǎn)換和冶金過程，摩擦界面及其附近材料的溫度與變形對(duì)焊接質(zhì)量有著重要的影響。因此，研究徑向摩擦焊焊接過程中的產(chǎn)熱及熱過程焊接工藝參數(shù)的制定和優(yōu)化以及控制焊接質(zhì)量具有重要意義。
　　采用HSMZ-1

2、30型慣性軸/徑向摩擦焊機(jī)完成了45鋼徑向環(huán)與37CrMnMo鋼管的慣性徑向摩擦焊的工藝試驗(yàn)，優(yōu)化了慣性徑向摩擦焊工藝參數(shù);利用分層能量估計(jì)法，求得焊接所需的能量總輸入，確定完成焊接所需的飛輪初始轉(zhuǎn)速為548rpm;通過空載轉(zhuǎn)速測(cè)試獲得多組轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化曲線，利用慣性儲(chǔ)能理論計(jì)算得到HSMZ-130型慣性軸/徑向摩擦焊機(jī)飛輪及主軸的固有阻力矩為485N·m;采用半自然熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)K型熱電偶對(duì)慣性徑向摩擦焊接過程中摩擦界面上和距離摩擦界

3、面不同距離的焊接熱循環(huán)曲線，檢測(cè)結(jié)果表明摩擦界面的最高溫度為1115℃，摩擦界面附近的溫度梯度很大，而遠(yuǎn)離摩擦界面位置的溫度梯度較小。
　　基于庫倫摩擦基礎(chǔ)理論，假設(shè)摩擦熱是由摩擦界面上的一層厚度1mm的薄層產(chǎn)生，并考慮焊接中由于高溫材料的擠出所損耗的熱量，通過摩擦做功理論推導(dǎo)，引入與徑向環(huán)平均溫度有關(guān)的摩擦壓力修正系數(shù)，考慮了閉合徑向環(huán)的彈性反作用力對(duì)徑向加壓的影響，建立了徑向摩擦焊接熱源模型，并用于慣性徑向摩擦焊熱過程的計(jì)算;

4、結(jié)果表明，摩擦界面溫度和轉(zhuǎn)速衰減的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，所建熱源模型可以用于慣性徑向摩擦焊的產(chǎn)熱及焊接熱過程。
　　結(jié)果表明，在本文的研究條件下，焊接過程中飛輪的總能量利用率為70.4％，且摩擦界面兩側(cè)的能量分配比接近1∶1。在飛輪轉(zhuǎn)速衰減過程中，在摩擦階段和頂鍛階段分別摩擦產(chǎn)熱功率峰值，且摩擦階段的峰值功率約為頂鍛階段的峰值功率的3倍。摩擦界面上的溫度增長率與摩擦產(chǎn)熱功率具有相同的變化趨勢(shì)，摩擦界面的最高溫度為1152℃，