Верификация температурных полей в процессе сварки трением с перемешиванием

Аннотация

В процессе сварки трением с перемешиванием температурные поля в зоне соединения определяют физическую возможность пластического течения разогретого материала и получения качественного формирования структуры шва. В данной работе поставлена задача сопоставления расчетных и экспериментальных результатов исследования распределения температур в пластине из алюминиевого сплава АМг3 вокруг инструмента и под ним. Экспериментальные исследования проведены на лабораторном стенде, в котором на пластине из алюминиевого сплава АМг3 толщиной 4 мм закреплены 8 термопар, расположенных вдоль одной линии, находящейся в поперечном сечении относительно направления движения вращающегося инструмента. Инструмент для моделирования процесса сварки трением с перемешиванием и нагрева рабочей пластины имеет заплечик диаметром 22 мм. Для измерения сигналов от термопар используется аналогово-цифровой преобразователь «Термодат-22М5». По данным изменения температур от разных термопар по времени для заданной скорости перемещения инструмента определяются координаты нахождения разных изотерм и их геометрия. Расчетные исследования проведены по математической модели, основанной на схеме движущегося точечного источника в предельном состоянии, при этом инструмент представлен совокупностью элементарных источников нагрева, равномерно распределенных по его площади. Результаты исследований приведены в виде расчетных и экспериментальных полей температур пластины при скоростях вращения инструмента 90 рад/с и сварки 0,4 и 1,63 мм/с. Основным результатом проведенных исследований является то, что температура материала в зоне перемешивания составляет по расчету 500 °С, по эксперименту 510–520 °С. Наибольшее значение температуры наблюдается не в зоне перемешивания вокруг пина, а в области задней кромки инструмента. В результатах экспериментов асимметрия изотерм относительно линии сварки выражена значительно.