Исследование влияния коэффициента трения при инерционной сварке трением на деформацию деталей газотурбинных двигателей

Авторы

Рабинский Л. Н.^*, Фозилов Т. Т.^**

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: rabinskiy@mail.ru
**e-mail: fozbourne@yandex.ru

Аннотация

работе представлен результат обзора аналитических способов определения неизвестного коэффициента трения новых суперсплавов на основе никеля. В ходе исследования выполнен теоретический расчет тепловых потоков, суммарного момента инерции и суммарного крутящего момента. С целью определения влияния коэффициента трения на качество сварного соединения и осадку также были рассмотрены модели в среде Ansys. Расчёту были подвержены жаропрочные сплавы на основе никеля, сваренные на отечественной установке инерционной сварки трением ПСТИ-400. Изменение коэффициента трения в процессе сварки происходит по двум направлениям. Первое направление задано от оси вращения в сторону внешнего диаметра кольца, на этой кромке коэффициент трения наиболее высок, происходит это в виду того, что внешний контур образца охлаждается внешним воздействием и максимально удален от источника возникновения тепла и на металл действуют растягивающие напряжения, ситуация обратная на кромке внутреннего диаметра. При построении графика зависимость будет иметь параболический вид. Второе направление рассматривается в точке контакта, а именно на трех стадиях самой сварки, в начальной стадии до 100-200°С коэффициент трения незначительно снижается (микрошероховатости сглаживаются), на второй стадии он резко возрастает (в 2-10 раз) в виду образования точек сцепления и их разрывов. В пластифицированном состоянии на третьей стадии при проковке коэффициент трения возрастает снова, но незначительно и неинтенсивно, а затем идет снижение, происходит это в виду удаления окислов их их лома из сварного стыка. Оценивая напряженно-деформационное воздействие итогом служит расчёт термодинамических процессов (тепловой поток и его направление). В случае сварки трением, как таковой тепловыделение напрямую связывается с энергией деформации свариваемого металла (согласно принятой норме, что вся механическая энергия переходит в тепловую).

Ключевые слова:

коэффициент трения; момент инерции; инерционная сварка трением; термодеформационное воздействие сварки

Список источников

1. Елисеев Ю.С., Масленков С.Б., В.А. Гейкин, Поклад В.А. Технология создания неразъёмных соединений при производстве газотурбинных двигателей. М.: Наука и технологии. 2001. 544 с.
2. Сорокин Л.И. «Свариваемость жаропрочных никелевых сплавов» «Сварочное производство». 2004. №10, стр. 8-17.
3. Anon (1979) Inertia welding: simple in principle and application. Welding and Metal Fabrication , 10 , 585–589.
4. D’Alvise  L., Massoni  E. and Walloe  S. J. (2002) Finite element modelling of the inertia friction welding process between dissimilar materials. Journal of Materials Processing Technology , 125–126 , 387–391.
5. Лебедев В. К., Черненко И. А. Сварка трением: Справочник // Л.: Машиностроение. 1987. 235 с.
6. Kumar, M. D., & Palani, P. K. (2020). Characterization studies on weld strength of rotary friction welded austenitic stainless steel tubes. Materials Today: Proceedings, xxxx, 6–11. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.06.383
7. Maalekian M., Kozeschnik E., Brantner H.P., Cerjak H. //Acta Materialia. 2008. V. 56. №12. Р. 2843–2855.
8. Can A., Sahin M., Küçük M. Thermically evaluation and modelling of friction welding //Strojarstvo. 2009. V. 51. №1. Р. 5–13.
9. Wenya Li, Feifan Wang Modeling of continuous drive friction welding of mild steel //Materials Science and Engineering A. 2011. V. 528. №18. Р. 5921–5926.
10. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. М.: МАШГИЗ. 1951. 296 с.

Скачать статью