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GH4169合金大环形件惯性摩擦焊接过程数值模拟.pdf60页
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大连理工大学硕士学位论文
惯性摩擦焊接技术作为航空制造业中最先进的固态焊接技术之一，被广泛地应用于
高性能航空发动机的转子部件的连接。航空部件对加工精度要求非常高，因此，开展有
关GH4169合金惯性摩擦焊接过程的变形影响因素研究，对焊接工艺优化设计、焊接头
质量控制等具有重要的意义和很强的工程应用背景。
传统的焊接工艺探索以“试错法”为基础，这对于大型航空部件来说成本太高。采
用数值模拟替代大量试验，可以明显降低工艺探索成本，缩短新产品开发周期。
轴对称弹觐胜有限元模型，选择轴向子午面1尼为计算区域，将摩擦面附近区域单独定
义为变形体并进行网格细划分，有效减少了单元数目。模型可以方便的研究摩擦面两侧
物理参I量场的对称性。在本文的工件及焊接工艺参数下，焊接温度场关于摩擦面呈现很
强的对称性，而等效应力场关于摩擦面的对称性较弱。
j环件轴向缩短量是焊接质量控制的关键，其影响因素的研究结果表明：当环件壁厚
与j工艺参数给定时，轴向缩短量随着内径的增大呈现出先增大后减小的规律；当环件内
径与工艺参数给定时，轴向缩短量随着壁厚增大而快速减小，直至壁厚超过某～临界尺
寸；轴向缩短量对耶件初始转速的变化非常敏感，随着初始转速的增加而快速增大，而
其受到摩擦压力的影响微gB：800"C热影响区深度与环件轴向缩短量受到环件内径、壁
厚、初始转速以及摩擦压力的影响规律非常相近。
为了验证数值模型的可靠性，本文针对GH4169合金大环形件惯性摩擦焊接过程的
温度场与轴向缩短量分别进行了实验对
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GH4169合金惯性摩擦焊工艺及有限元数值模拟的研究.pdf89页
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西北工业大学
硕士学位论文
GH4169合金惯性摩擦焊工艺及有限元数值模拟研究
姓名：王锴
申请学位级别：硕士
专业：材料加工工程
指导教师：刘金合
座机***号码
惯性摩擦焊接技术是一种高效、节能的先进固态连接方法。因其控制参数
少、工艺简单、自动化程度高、接头质量稳定等优点，在航空航天、汽车、能
源等许多领域有着非常广阔的应用前景。
传统的惯性摩擦焊工艺从焊接自动化和质量的稳定性、可重复性出发，通
常采用大转动惯量、低转速、大压力。这种工艺参数下，接头温度峰值低；热
影响区易扩大；制动扭矩大，接头质量控制困难。为了避免这些问题，本文对
GH4169合金惯性摩擦焊采用小转动惯量、高转速、两级压力的工艺参数进行了
研究。结果观测到各组试样顶锻时瞬时升温明显，均出现了火花飞溅现象。通
过接头显微组织分析，发现接头晶粒过渡匀称且均细于母材，无未焊透、飞边裂
纹和撕裂等缺陷；通过焊接过程中接头温度场的测量，发现在能量输入相同的
条件下转速越高，摩擦界面温度峰值越高，轴向温度梯度越大，热影响区越窄；
顶锻压力越大，飞溅现象越明显，瞬时升温过程越短，界面峰值温度越高。基
于实验结果，进行了接头形成分析，比较了大转动惯量与小转动惯量两种焊接
规范接头的性能，并总结了常见焊接缺陷。
本文还根据惯性摩擦焊两级压力焊焊接过程的特点，结合金属材料
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