GH4169旋转摩擦焊飞边成形机理研究

本文以Φ25 mm的GH4169实心棒为母材展开连续驱动旋转摩擦焊实验,在缩短量5 mm、焊接压力200 MPa、转速500~2500 r/min条件下,结合高速摄像机、红外热成像仪获得缩短速度演变及界面温度,通过光镜、扫描电镜、EBSD手段表征接头形貌演变,利用Matlab表征界面产热分布,揭示飞边成形机理。结果表明,GH4169旋转摩擦焊飞边随转速增大,依次呈现为光滑、表面弧纹、开裂形貌。800 r/min是一个临界转速判据,当转速小于800 r/min时,飞边呈光滑形貌;当转速介于800~1500 r/min时,飞边出现弧纹;当转速不低于1500 r/min时,飞边显著开裂。光滑形貌对应于较慢的飞边生长速度和较长的生长时间,飞边金属在变形、挤出界面的同时,有充分的时间再结晶软化,使表面流铺光滑;弧纹和开裂形貌对应于飞边在快速和较短时间内生长,再结晶来不及完成而发生加工硬化开裂。不同的飞边形貌,其形成机理不同:光滑形貌是塑性环(塑化金属)在界面中径到边缘处(0.43 R^R)形核,随后铺展并挤出界面发生飞边连续生长现象,即飞边是塑化金属均匀流铺、挤出的结果;弧纹和开裂形貌对应于塑性环形核在界面内侧(0~0.43 R),在界面压力的作用下被封闭在界面内部无法挤出,其飞边的形成,是界面持续摩擦使温度达到焊接温度后的变形挤出结果,即飞边是焊接后期界面金属快速镦粗变形形成的。不同的飞边形貌,对接头的静载拉伸强度分布影响不大,但影响到接头外缘延伸率。光滑、弧纹、开裂形貌,分别对应于接头外缘延伸率17%、9%、6%,相应的接头延伸率不均匀性从8%上升至50%、66%。

轴向压力对惯性摩擦焊的影响数值分析

在ABAQUS有限元软件二次开发环境下建立了GH4169高温合金管惯性摩擦焊接二维模型.采用了网格重划分技术模拟了不同焊接轴向压力对焊接接头温度场和轴向缩短量的影响.对温度场进行了综合分析,得到了不同轴向压力下接头温度场的变化规律.同时结合焊接接头轴向缩短量的变化,分析了轴向压力对接头飞边形貌的影响.结果表明,随着压力的增大,飞轮动能转化焊接热能效率明显提高,界面迅速到达高温动态平衡区间,有效形成均匀飞边;然而压力过大不利于接头温度均匀化,可能造成强烈的应力集中.压力参数为400 MPa可获得较佳质量接头.