FHPP 单元成形过程初期阶段的热力耦合分析.pdfVIP

第29卷第5期 焊 接 学 报 V01．29No．5 2008年5月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONMay 2008 FH PP单元成形过程初期阶段的热力耦合分析 张宝生， 焦向东， 陈家庆， 周灿丰* (北京石油化工学院海洋工程连接技术研究中心，北京 102617) 摘要：摩擦液柱成形(FHPP)是摩擦叠焊的基本单元成形过程，也是影响摩擦叠焊焊 接质量的关键环节。采用有限元软件MSCMarc建立了唧过程初期阶段的三维有限 元热力耦合模型，对同质材料Q235一Q235组合进行了计算。结果表明，在焊接过程中 焊棒底端摩擦面上的温度呈现沿径向由内向外逐渐升高的趋势，而接触压力的分布则 是逐渐渐小。在材料未发生明显塑性变形的状态下提高转速对温度的升高作用显著， 但是温度越高，效果越不明显。当材料在高温状态下发生塑性变形时，采用增大轴向力 的方式更有利于温度的升高和材料大变形的产生。 关键词：摩擦液柱成形；摩擦叠焊；有限元法；热力耦合分析 中图分类号：TGll5．28文献标识码：A 张宝生 文章编号：0253—360X(2008)05—0073—05 0 青 专 动，并在高温和挤压下形成新的金属层并与旋转焊 棒继续摩擦。随着新的金属层的形成、填充焊孔并 stitch 将焊缝表面杂质不断排出，摩擦接触表面迅速从焊 摩擦叠焊(friction welding)是由英国焊接 研究所(T阢)发明的一种新型摩擦焊接技术，自问 孔底部上移，同时塑性化金属和焊孔表面之间紧密 世以来在水下钢结构的施工作业及安全保障领域格 结合l¨。在此过程中，材料始终处于固态，所谓液柱 外受到关注。摩擦叠焊是由基本单元成形过程搭接 是指材料的塑性流动，在表现形态上与液体流动类 组合而成，该基本单元成形过程称为摩擦液柱成形 似。 过程唧(friction hydropillarprocessing)，其质量的 好坏将直接影响到最终的焊缝质量。通过采用有限 元软件MSCMarc建立了FI-IPP初期阶段的三维有 限元热力耦合模型，对Q235一Q235材料组合进行了 计算，得到了温度和应力一应变的分布规律，分析了 焊棒转速、轴向力等运行参数对FHPP过程的影响， 为进一步开展的理论和试验研究打下了基础。 1 FI-IPP热力耦合数值模拟基础 图1 基本单元成形过程FHPP示意图 Schematicoffdction hydro Fig．1 pillarprocessing 单个ⅢPP单元成形过程如图1所示，首先在 基体焊孔中插入一个直径略小的旋转焊棒，同时在 1．1 热力耦合数值模拟的实施方式 其上施加轴向力并保持一定的进给速度。当焊棒与 摩擦叠焊从机理上说仍然属于摩擦焊接，国内 焊孔底部接触时开始成形过程，接触摩擦面上的温 外对于摩擦焊的数值模拟研究已经开展多年，为开 度迅速上升，达到一定温度后，材料开始发生塑性流 展摩擦叠焊单元成形过程的数值模拟提供了有益借 收稿日期：2007—07—09 的二维轴对称热力耦合模型；近年来，