TC4鈦合金攪拌摩擦焊流場(chǎng)及動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程數(shù)值模擬.pdf

1、攪拌摩擦焊作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能和環(huán)保的固相連接方法,在航空、航天、船舶以及車(chē)輛制造等領(lǐng)域均有所應(yīng)用,具有廣闊的應(yīng)用前景。目前,國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究,但是攪拌摩擦焊過(guò)程是一個(gè)摩擦生熱、金屬流動(dòng)和微觀組織轉(zhuǎn)變相互耦合共同作用的過(guò)程,很多物理過(guò)程和機(jī)制通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段難以進(jìn)行直觀的觀測(cè)和研究,而數(shù)值模擬的方法不僅降低了成本,而且可以對(duì)整個(gè)焊接過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè),對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程有重要的參考價(jià)值。
　　本文首先采用數(shù)值模

2、擬的方法建立了攪拌摩擦焊的熱源模型,使用有限元分析軟件MSC.Marc并結(jié)合Fortran語(yǔ)言對(duì)其二次開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊接過(guò)程中各個(gè)階段的溫度場(chǎng)模擬。模擬時(shí)將焊接過(guò)程分為三個(gè)階段,攪拌針扎入階段、預(yù)熱階段以及攪拌頭前進(jìn)階段。焊接參數(shù)選取旋轉(zhuǎn)速度為800r/min,焊接速度為0.6m/s。在此參數(shù)下發(fā)現(xiàn)當(dāng)預(yù)熱時(shí)間為15s時(shí),攪拌頭周?chē)臏囟确植蓟具_(dá)到了焊接所需溫度,前進(jìn)過(guò)程中溫度場(chǎng)也基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。從模擬結(jié)果可以看出,整體的溫度場(chǎng)分布呈

3、橢圓形狀,而且是前面較后面的溫度分布區(qū)域更小、等溫線分布更加緊密,這主要與材料的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)。
　　隨后在溫度場(chǎng)模擬的基礎(chǔ)上使用有限元分析軟件DEFORM-3D對(duì)焊接過(guò)程中攪拌頭周?chē)饘俚牧鲃?dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,參數(shù)選取參考溫度場(chǎng)模擬結(jié)果。對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行整體分析發(fā)現(xiàn)攪拌頭周?chē)饘俚牧鲃?dòng)整體呈現(xiàn)漏斗狀,與攪拌頭的形狀類(lèi)似,而且金屬的流動(dòng)關(guān)于焊縫中心并不對(duì)稱(chēng)。對(duì)焊縫沿厚度方向的結(jié)果分析得到,節(jié)點(diǎn)的流動(dòng)速度隨著離焊縫中心距離的增加成線性增加

4、,并且隨著焊縫深度的增加,材料的流動(dòng)能力逐漸越弱。對(duì)焊接參數(shù)對(duì)金屬的流動(dòng)的影響進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),旋轉(zhuǎn)速度和焊接速度的大小影響焊接過(guò)程的熱輸入,在一定范圍內(nèi),隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加,熱輸入量增加,金屬的流動(dòng)能力增強(qiáng),焊縫成形就較好;在一定范圍內(nèi),隨著焊接速度的降低,也表現(xiàn)出類(lèi)似的特征。
　　最后對(duì)焊接接頭焊核區(qū)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了不同應(yīng)變和應(yīng)變率下焊核區(qū)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒的變化規(guī)律。結(jié)果顯示隨著應(yīng)變的增大,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒平均尺寸