焊接学报第!"卷!第#期6789!"!!)79#年月!$$%#&’()*(+&,-)*-.&/0+/,)(1023,)4,)*&,&5&,-)(:;<8!!!$$%电塑性摩擦焊接过程的动态再结晶数值模拟李庆华!!李付国!!傅!莉!西北工业大学材料学院"西安!=>$$=!#摘!要!摩擦焊过程中界面的塑性变形是摩擦焊的核心"文中以宇航工程常用的构件材料2?>!合金为研究对象"建立了电场条件下棒状试件摩擦焊的热力耦合塑性成形有限元分析模型"获得了焊接过程中焊接界面处材料的温度场$应变场$应力场$电场强度等物理参量场"并应用?@A@模型建立了2?>!合金摩擦焊接过程显微组织的演化模型"计算了摩擦焊接过程动态再结晶区的分布及再结晶区晶粒的尺寸"并分析研究了上述场变量对电场条件下连续驱动摩擦焊成形工艺及成形件质量的影响%关键词!摩擦焊&热力耦合&动态再结晶&电场中图分类号!&4#%=!!文献标识码!(!!文章编号!$!%BCB"$D!!$$%#$#C$>C$#李庆华就有可能同时满足对摩擦结合面温度与变形程度的要$!序!!言求从而改善难变形材料及异质材料的摩擦焊接问题摩擦焊技术是一种优质$精密$高效$节能的固态"%文中以合金为研究对象应用热力耦合的有限焊接技术"在航空$航天等高技术领域具有广阔的应用2?>!"元数值模拟方法和模型通过与电场的耦合对前景%摩擦焊接过程是一个涉及温度$力学和冶金的?@A@""复杂过程"焊接过程中界面的塑性变形是摩擦焊的核电场条件下2?>!合金棒件的连续驱动摩擦焊接过程心"界面的塑性变形区的状态直接影响焊接过程和焊进行了计算与分析"获得了焊接件热力影响区的瞬态接质量%由于金属热变形达到一定程度后会出现多机温度场$应变场和电场强度等场参量以及动态再结晶制软化现象"动态再结晶等机制会使材料内部的微观区和再结晶晶粒尺寸的分布与变化规律%组织发生变化"从而影响材料的力学性能%开展摩擦焊接过程材料温度场$应力场$应变场等物理参量场的>!摩擦焊接过程中的能量模型及边界变化规律以及内部微观组织的演化规律的研究"对优条件化焊接工艺和焊接力学参数与变形参数$提高焊接质量等均有重要的意义%摩擦焊接过程是依靠摩擦面摩擦生热"再顶锻成在摩擦焊接条件下焊缝金属塑性变形是一个物"形的塑性加工过程"摩擦表面为材料变形的对称面"有理非线性和几何非线性过程材料的变形过程伴随着"限元计算时在该面上施加热流密度"并定义材料流动能量形式的转化和温度的改变对于这样复杂的问题""以摩擦表面为对称面’B"#(%摩擦焊接过程的摩擦压力数值模拟时需要进行温度场与变形场的耦合计算由%为摩擦系数为主轴转速为摩擦热效率为!E"""#"%于铝合金的自身特点它在宇航工程的构件上被大量!"取摩擦面上一圆环进行分析内径到外径的圆"$%$$采用"但铝合金的焊接工艺性差%电塑性理论认为"电环范围内由摩擦而产生的热流密度为’%(场对金属材料内部晶体的空位$位错和晶界等有显著!BB##$$’$%"!#影响"可增强位错可动性"使变形金属的显微组织重新&F"!E#!!!">B!$$’$%#排列%近年来的研究表明"脉冲电流或电磁场的作用式中)摩擦系数"随温度变化!由摩擦表面状态和有能使合金塑性提高倍超塑性变形提高一倍以!!B"关资料回归获得#%上’>"!(如果把金属在电塑性状态下具有低的流动应%进行传热分析时"与温度有关的边界条件如下%力$高的塑性变形能力以及高的原子扩散能力等特点在温度已知的边界上*&)()(&!!#应用于摩擦焊接过程""在热流已知的边界上*#("G)&FC#%!B#收稿日期!!$$#C$%C>B##基金项目!国家自然科学基金资助项目!%$$$%$>=#摩擦焊接过程中的热流边界条件包括以下几种情书!!焊!接!学!报第!"卷况!擦过程而未顶锻的焊接试件的飞边上有较多裂纹!进">#摩擦面上的热流边界条件$行摩擦且顶锻保压的试件%飞边上除有较多裂纹外%总有大的开裂深入试件较深由于合金的导热&EF$E"%E""&;"%"##%!2?>!式中为摩擦功转化成的热流密度为热分配系数性好塑性较差摩擦焊接时极易在飞边上生成裂纹和$&E&$E’%通常取为摩擦焊接时摩擦界面间的摩擦开裂%$EF$9%&%E!应力为摩擦界面的相对滑动速度应用公司的有限元软件进行摩擦焊&&;!T*+T@;V"!#对流换热边界条件$接过程的数值模拟计算%考虑到焊件在焊接过程中焊缝两侧的变形情况相同因此仅对一侧试件的变形过&)*"(HC(I#%"%#%式中为对流换热系数为工件表面温度为外程进行计算由于棒件是轴对称的分析时采用二维$*&(H&