针对工程应用需求，实验室以轴向摩擦焊、径向摩擦焊、线性摩擦焊和搅拌摩擦焊四种摩擦焊接工艺过程为对象，基于ABAQUS、DEFORM-3D等有限元软件，采用数值模拟与试验相结合的方法，研究不同摩擦焊接工艺形式的焊接接头温度场、应力、应变场、流场特征及演变规律。围绕四种摩擦焊接工艺方法，初步形成了较为成熟的摩擦焊接数值模拟研究体系，包括焊接过程数学建模、热源模型研究、几何模型建立与网格划分、求解方案研究及后处理技术研究与结果分析等。
线性摩擦焊接周期性往复直线运动摩擦过程中存在的自清洁作用被认为是去除表面污染物的重要手段，因此，基于物理试验与数值模拟相结合的方法，建立了一个完全耦合的计算模型，系统的研究了摩擦焊接过程中的自清洁作用。发现自清洁作用主要是由于焊接过程中的材料流动所决定的，当焊接试件之间的处于最大位移时，材料流动速率达到了最高水平，并且，随着焊接过程中材料缩短量逐渐增加，自清洁工作也是逐渐增强的。通过此项研究，可用于指导镍基高温合金线性摩擦焊接接头的焊接参数选择，大大简化了焊接工艺。
图1一个振动周期内飞边成形过程与温度场分布
图2线性摩擦焊接过程材料塑性流动轨迹
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