惯性摩擦焊焊接参数的影响

发表时间:2019/4/9   来源:《信息技术时代》2018年7期   作者:李洪宇 刘洋
[导读] 对于惯性摩擦焊,通常都希望得到焊接质量最佳的焊件来满足生产或者实际上的需求,而焊接质量的好坏主要取决于工艺参数。一组优秀的焊接工艺参数可以保证焊接质量,提高生产效率。在计算机技术发展之前,人们对于工艺参数的优化主要通
(中国航发哈尔滨东安发动机有限公司,黑龙江 哈尔滨 150066)
摘要:对于惯性摩擦焊,通常都希望得到焊接质量最佳的焊件来满足生产或者实际上的需求,而焊接质量的好坏主要取决于工艺参数。一组优秀的焊接工艺参数可以保证焊接质量,提高生产效率。在计算机技术发展之前,人们对于工艺参数的优化主要通过经验试验的方法,这种方法耗时久、效率低、成本高。现在可以通过数值模拟的方法来克服这些缺点,从而得到参数的最优组合以保障焊接质量。对于惯性摩擦焊而言,需要考虑的工艺参数有顶锻压力、转速以及转动惯量。
关键词:惯性摩擦焊;焊接参数;影响;
         1.理想焊接条件
         当焊件的材、形状和尺寸都确定了以后,为保障焊接质量,必须注意以下几个方面:
         1)焊件接头形式的设计和焊接毛坯的准备。这就要求焊前要检查被焊焊件的材料成分、组织状态。检查焊件直径和长度的尺寸公差、椭圆度、焊接焊件端面的不平度和光洁度等。摩擦焊接表面不应有氧化膜、锈、油污等。
         2)选择合理的焊接工艺规范及控制方法。
         3)精确调整摩擦焊机参数,并保持在焊接过程中的稳定,创造一个理想的焊接条件。
         4)考虑是否需要去除接头的飞边和进行必要的焊后处理、锻造加工等。
         5)加强接头质量的无损检验和实际运转试验。必要时进行产品的破坏性试验,如拉伸试验。
         总体而言理想焊接的条件就是主要从惯性摩擦焊的三个工艺参数来保障。首先来讲转速以及转动惯量应该达到焊接最佳要求,并且摩擦焊机应该按照工艺规范加紧焊件并保障焊接过程平稳。这样就可以保障焊接温度,但温度也不易过高,过高会减小高温塑性层使焊接质量变差。其次应该有适合的顶锻压力,顶锻压力对于温度有一定的影响,是焊件焊合的主要因素,只有当顶锻压力足够了才能保障焊件焊接面焊接后的优良机械性能。
         2.    转速对惯性摩擦焊的影响
         为便于研究,取顶锻压力为350MPa,转动惯量为 4.4kg∙m2,转速分别根据表1进行模拟。
         表1试验次序与转速
 
         转速分别由1150r/min增加到1570r/mm 时提取并读取出模拟的温度分以及单侧轴向缩短量。通过对比转速与温度的变化发现,当转速高于1150r/min并小于1570r/min时,转速的增加会增加惯性摩擦焊接可以达到的最高温度。当转速在1210r/min至1450r/min时温度变化基本不大,超过1510r/min时温度增长的速度会加快,此时单侧轴向缩短量也在合理范围之内。转速在1150r/min时最高温度只有1280℃,从飞边形成的形状来看此转速下焊接质量不好。转速为1210r/min至1510r/min段,温度差值为 64℃,变化范围不算特别大。
         对比转速与轴向缩短量之间的变化发现,当转速在1150-1450r/min时,单侧轴向缩短量随着转速的增加而增加,当转速在1450r/min至 1510r/min单侧轴向缩短量的增加较为平缓。
         随着转速的增加,焊件到达最高温度的时间不断减小,当转速超过1510r/min时虽然焊件焊接时间减少,但温度持续增加,这也使得单侧轴向缩短量不断增加。
         由上分析可知,转速对于惯性摩擦焊的影响是十分重要的,过小的转速会导致焊接最大温度过小,飞边质量差,焊接连接不稳固,进而使整体焊件焊接质量差。在其他参数一定的情况下,并且在一定范围内转速越大温度升高的越快,升高的时间越短,单侧轴向缩短量越大。这充分说明了在一定范围内,转速越大惯性摩擦焊焊接质量越好。
         3.顶锻压力对惯性摩擦焊的影响
         顶锻压力直接影响摩擦正压力的大小,也是保障摩擦焊焊件表面的全面接触最为重要的一环,进而影响摩擦加热功率。但不宜过大,过大会将焊件受力端进行破坏导致受力端产生变形。取转速为1450r/min,转动惯量为4.4kg∙m2,顶锻压力分别如表2所示进行模拟:
         表2试验次数与顶锻压力
 
         当顶锻压力由250MPa增加到390MPa时,提取并读取出模拟的温度分以及单侧轴向缩短量。在转速与转动惯量都恒定的情况下,顶锻压力越大最大温度越高,单侧轴向缩短量增加。顶锻压力在250-350MPa时,单侧轴向缩短量的增幅不大;当顶锻压力270-370MPa 时,最高温度的增幅不大。顶锻压力在250MPa时最高温度相对较低。当顶锻压力大于370MPa时最高温度增长较快;当顶锻压力大于350MP时单侧轴向缩短量增长较快。
         在一定范围内,增大顶锻压力最高温度与单侧轴向缩短量都会增加。但通过对比不难发现顶锻压力对于最高温度、单侧轴向缩短量以及到达最高温度时间的量级影响不是很大。
         4.转动惯量对惯性摩擦焊的影响
         转动惯量是保障焊接动力的重要一环,飞轮提前储存的能量为旋转焊件在焊接减速阶段提供动能以保障焊接顺利完成。取转速为1450r/min,顶锻压力为350MPa,转动惯量分别如表3所示进行模拟。
         表3试验次数与转动惯量
 
         当转动惯量由3.4 kg∙m2 增加到 4.8 kg∙m2 时,提取并读取出模拟的温度分以及单侧轴向缩短量。在转速与顶锻压力都恒定的情况下,转动惯量越大最大温度越高,单侧轴向缩短量增加。在转动惯量为 3.4-3.6 kg∙m2 时温度与单侧轴向缩短量增加相对来说比较明显;转动惯量超过3.6 kg∙m2时温度与单侧轴向缩短量都有增加只不过增长幅度不是很明显,在转动惯量为3.6-4.4 kg∙m2时温度变化幅度很小,单侧轴向缩短量增加幅度很小说明在这个区间惯性摩擦焊的焊接质量相近,是较为合适的一个区间。
 参考文献
[1]李文,陈亮,余敏.GH4196合金惯性摩擦焊接头温度场显式有限元数值模拟[J].焊接学报,2011,32(6):61-64.
[2]王非凡,李文亚,陈亮,等.轴向压力对惯性摩擦焊接的影响数值分析[J].焊接学报,2012,33(2):41-44.
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作者简介:李洪宇(1988.02-),男,黑龙江哈尔滨市人,硕士,中国航发哈尔滨东安发动机有限公司,研究方向:焊接;
刘洋(1986.05—),男,黑龙江佳木斯市人,硕士,中国航发哈尔滨东安发动机有限公司,研究方向:焊接 机械加工。

 
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