異種金屬慣性摩擦焊接界面約束與接頭質量的關系研究.pdf

1、渦輪增壓器渦輪和轉軸焊接件在實際工作過程中，主要承受扭矩，對邊緣處焊接質量要求較高。而慣性摩擦焊接同尺寸的實心軸高溫合金 K418和合金鋼40CrNiMoA時會存在界面溫度分布不均勻、能量流失嚴重、邊緣處焊接質量差等缺陷，僅通過優(yōu)化工藝參數(shù)是無法克服上述缺陷的。因此，設計一種合理的界面結構形式來最大程度地提升接頭邊緣處結合質量在實際應用中是非常迫切的。目前采用界面約束來阻礙接頭邊緣處熱塑性材料向外溢出的新方法還未有專家和學者進行深入研究

2、。故本文基于界面約束法，設計出平面約束方案和臺階約束方案，其中，每種方案都適當加大轉軸40CrNiMoA的直徑，對界面外緣處進行淺約束，來研究其對接頭邊緣部區(qū)域的微觀組織、塑性流動和力學性能的影響。研究結果表明，在相同工藝參數(shù)下，對于平面約束方案和臺階約束方案焊接接頭，隨著界面約束的增加，其軸向燒損量逐漸降低，且臺階約束方案降低幅度較大；焊縫線曲線形貌越來越彎曲，材料間結合面積增大，咬合程度增強，有助于提高焊接質量；接觸界面兩側DRX寬

3、度逐漸增加，其 K418側晶粒越來越精細，40CrNiMoA合金鋼側馬氏體含量不斷升高，元素擴散量不斷增加，有利于界面間的冶金結合；顯微硬度變化趨勢較為相似，40CrNiMoA側DRX和TMAZ顯微硬度值整體上呈現(xiàn)上升趨勢，其中臺階約束方案接頭上升幅度大，且數(shù)值整體上較高，顯微硬度最高值點位于40CrNiMoA側DRX和TMAZ交界處附近；其邊緣區(qū)域拉伸強度呈現(xiàn)上升趨勢，且臺階約束方案接頭邊緣區(qū)域拉伸強度值略高，同時平面約束方案芯部區(qū)域

4、的拉伸強度則相應逐漸降低。
　　本文基于有限元法，采用Johnson&Cook模型作為40CrNiMoA合金鋼的本構模型，建立了熱、力多物理場耦合的慣性摩擦焊接模型，來模擬焊接過程。其軸向燒損量和實際燒損量誤差率最高不超過8％，在合理誤差范圍內，說明選取的Johnson&Cook模型是正確的，模擬結果是準確可行的。模擬結果表明：隨著界面約束的增加，平面約束方案接頭頂鍛前界面峰值溫度不斷下降，頂鍛瞬間界面峰值溫度基本保持一定值不變，