senior lecturer of Chair of Welding, Foundry and Additive Technologies
старший преподаватель кафедры сварочных, литейных и аддитивных технологий
Doctor of Sciences (Engineering), Professor of Chair of Welding, Foundry and Additive Technologies
доктор технических наук, профессор кафедры сварочных, литейных и аддитивных технологий
postgraduate student, senior lecturer of Chair of Welding, Foundry and Additive Technologies
аспирант, старший преподаватель кафедры сварочных, литейных и аддитивных технологий
PhD (Engineering), assistant professor of Chair of Welding, Foundry and Additive Technologies
кандидат технических наук, доцент кафедры сварочных, литейных и аддитивных технологий
Linear friction welding is an advanced technology for manufacturing titanium blisks for gas-turbine engine compressors, which are subjected to stringent requirements for cyclic strength and dimensional accuracy. Substitution of conventional butt joints with more technological T-shape joints is a promising area, which provides reducing of the pre-welding machining costs. The introduction of T-form joints requires additional research of thermal distribution specifics and strain-stress state formation in the welding process and after its end. Therefore, the study of residual stresses in titanium alloy T-shape joints produced by linear friction welding is topical. The paper investigates the residual stresses in imitating welded blisk joints. The authors consider the results of welding where the blade imitator has a reamed relief of a smaller section. The finite element model covering forging, cooling, and disassembly of welded specimens is offered. The authors developed the model in ANSYS Workbench to describe the strain-stress state of welded specimens, which allows for estimating the residual stress levels and spreading. The main distinctive feature of the model is an accounting of asymmetric temperature distribution obtained by finite-difference solving of a T-shape joint thermal problem and weld shape simulation obtained as a result of welded joints metallographic research. The presented model allows the evaluation of the residual stresses in joints. The distribution of residual stresses in T-shaped welded joints is specific – compressive stresses existing in a weld are balanced by tensile stresses acting at a distance of 1 mm from the joint. The formation of compressive stresses in a weld is caused by plastic deformation due to the forging force action.
Линейная сварка трением – перспективная технология изготовления титановых моноколес компрессоров газотурбинных двигателей, к которым предъявляются жесткие требования по циклической прочности и точности размеров. Перспективным является направление по замене традиционно применяемых стыковых соединений на более технологичные Т-образные, которые обеспечат снижение затрат на обработку деталей перед сваркой. Внедрение Т-образных соединений требует дополнительных исследований специфики распределения тепла, формирования напряженно-деформированного состояния в процессе и после сварки. В связи с этим актуальны исследования остаточных напряжений в Т-образных соединениях титановых сплавов, полученных линейной сваркой трением. В работе исследуются остаточные напряжения в соединении, имитирующем соединение лопатка – диск. Рассматриваются результаты сварки, где на детали, имитирующей лопатку, выфрезерован рельеф меньшего сечения. Предложена конечно-элементная модель, охватывающая стадии проковки, охлаждения и снятия деталей со сборочного приспособления. Модель разработана в пакете ANSYS Workbench и описывает напряженно-деформированное состояние сваренных деталей, позволяя оценить распределение и уровень остаточных сварочных напряжений. Отличительной особенностью модели является учет несимметричного распределения температуры, полученный конечно-разностным решением тепловой задачи сварки Т-образного соединения, а также имитация формы шва, полученная в результате металлографических исследований сваренных образцов. Представленная модель позволяет оценить остаточные напряжения в соединениях. Распределения остаточных напряжений в исследованных Т-образных соединениях отличаются от таковой в стыковых – во всех исследованных случаях в сварном шве действуют сжимающие напряжения, уравновешивающиеся растягивающими, действующими на расстоянии 1 мм от стыка. Формирование сжимающих напряжений в сварном шве обусловлено пластической деформацией под действием ковочного усилия.