Влияние формы заготовок на остаточные напряжения при линейной сварке трением

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.