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、高效、節(jié)能和無污染的先進焊接方法，已被眾多發(fā)達國家作為一項技術政策而大力推廣應用，因此，國內外對這項技術都開展了廣泛的基礎研究和應用研究。本文在總結國內外摩擦焊數(shù)值模擬研究成果的基礎上，以直升機起落架機輪軸材料為研究對象，利用有限元理論和數(shù)值模擬技術建立該材料的連續(xù)驅動摩擦焊有限元數(shù)值模擬計算模型，實現(xiàn)連續(xù)驅動摩擦焊過程的數(shù)值模擬，開展工藝參數(shù)對決定焊接質量的各物理參量場影響規(guī)律的研究，利用計算機數(shù)值模擬的方法代替大

2、量的實際焊接工藝試驗，得到合適的焊接工藝參數(shù)范圍，再結合少量的焊接工藝實驗，得到優(yōu)化的焊接工藝。
　　本文首先根據(jù)摩擦焊是一個伴隨有摩擦加熱，高溫形變及連續(xù)冷卻的熱力循環(huán)過程的特征，在分析傳熱學和塑性力學有關理論的基礎上，建立連續(xù)驅動摩擦焊接過程的溫度場和應力應變場的數(shù)學模型，結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、強合金鋼摩擦焊接過程的二維軸對稱、熱力耦合有限元計算模型。
　　利用該模型計算了35 Ni4Cr2MoA高強鋼連續(xù)驅動摩擦焊接過程的溫度場、應力應變場和軸向縮短量，并針對三個焊接階段對計算結果進行了分析，通過相關實驗驗證了模型的實用性;利用有限元模型進行了焊接接頭塑性區(qū)的形成、擴展和金屬流動規(guī)律的數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)，對于空心軸件高溫塑性區(qū)首先在外徑處產生，隨后在內徑處產生，最后才在摩擦面的中間處產生，而且內外徑處的高溫塑性區(qū)寬度大

4、于中間區(qū)域。
　　計算和分析了影響摩擦焊接質量的關鍵工藝參數(shù)轉速、摩擦壓力對焊接接頭溫度場、摩擦扭矩和變形速度的影響規(guī)律，得到了35 Ni4Cr2MoA高強鋼連續(xù)驅動摩擦焊的合適的轉速范圍和穩(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)間是重合的結論;計算和分析了各焊接工藝參數(shù)對軸向縮短量的影響規(guī)律，計算了不同摩擦壓力和摩擦時間下的接頭形狀，并進行了對比分析;計算和分析了摩擦壓力和時間對接頭溫度場的影響規(guī)律