Численное исследование высокоскоростной сварки угловым ударом методом гидродинамики сглаженных частиц
Авторы: Ахмед Солиман Мохамед Шериф Эль Сайед
Опубликовано в выпуске: #12(156)/2024
DOI: 10.18698/2308-6033-2024-12-2405
Раздел: Механика | Рубрика: Механика деформируемого твердого тела
Рассмотрена высокоскоростная сварка угловым ударом металлических пластин, являющаяся одним из способов сварки давлением в твердом состоянии для широкого спектра сочетаний однородных и разнородных металлов. Показано, что при численном моделировании созданный волнистый узор с завихрениями поверхности контакта пластин, эжекцию металлической струи, излучаемой поверхностным слоем пластин, приводящую к их струйной обработке, и зону плавления можно рассчитать бессеточным лагранжевым методом гидродинамики сглаженных частиц (SPH) с дискретизацией на частицы. Подробный анализ соединения методом высокоскоростной сварки угловым ударом позволит проектировать металлические конструкции с заданными механическими свойствами. Задача исследования заключалась в оценке поведения метаемой и родительской пластин в условиях высокоскоростной сварки. Для проведения расчетов использовалась модель Джонсона — Кука, которая описывает напряженное состояние материала в зависимости от скорости пластической деформации и гомологической температуры. В ходе моделирования были показаны скорость соударения скорость точки контакта и угол удара при необходимом давлении. Эмиссия металлической струи и морфология поверхности сварного шва были успешно воспроизведены с использованием метода SPH.
EDN EGHEYD
Литература
[1] Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом. Новосибирск, Наука, 1980, 224 с.
[2] Hay D.R. Explosive welding: applications and techniques. High-Pressure Science And Technology. New York, Plenum Press, 1979, vol. 2, p. 781.
[3] Bahrani A., Black T., Crossland B. The mechanics of wave formation in explosive welding. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences, 1967, vol. 296 (1445), p. 123.
[4] Батаев И.А. Структура межслойных границ и механические свойства материалов, полученных сваркой взрывом: Дис. … д-ра техн. наук. Новосибирск, НГТУ, 2018, 347 с.
[5] Patra S., Arora K.S., Shome M., Bysakh S. Interface characteristics and performance of magnetic pulse welded Copper-Steel tubes. J. Mater. Process. Technol., 2017, vol. 245, р. 278.
[6] Kore S., Date P., Kulkarni S., Kumar S., Rani D., Kulkarni M., Desai S., Rajawat R., Nagesh K., Chakravarty D. Electromagnetic impact welding of copper-to-copper sheets. Int. J. Mater. Form., 2009, vol. 3, р. 117.
[7] Liu M., Feng D., Guo Z. Recent developments of SPH in modeling explosion and impact. In: 3rd International Conference on Particle-Based Methods. Fundamentals and Applications, Particles 2013. Stuttgart, Germany, 18 September 2013 through 20 September 2013. Stuttgart, 2013, р. 428.
[8] Vivek A., Liu B., Hansen S., Daehn G.S. Accessing collision welding process window for titanium/copper welds with vaporizing foil actuators and grooved targets. J. Mater. Process. Technol., 2014, vol. 214 (8), р. 1583.
[9] Lee T., Zhang S., Vivek A., Kinsey B., Daehn G. Flyer thickness effect in the impact welding of aluminum to steel. J. Manuf. Sci. Eng., 2018, vol. 140 (12), р. 1.
[10] Walsh J.M. Limiting conditions for jet formation in high velocity collisions. J. Appl. Sci., 1953, vol. 24 (3), р. 349.
[11] Robinson J.L. The mechanics of wave formation in impact welding. Phil. Mag., 1975, vol. 31 (3), р. 587.
[12] Kuzmin E.V., Lysak V.I., Kuzmin S., Korolev M.P. Effect of parameters of high-velocity collision on the structure and properties of joints upon explosive welding with simultaneous ultrasonication. J. Phys. Metals Metallogr., 2019, vol. 120 (2), рp. 197–203. DOI: 10.1134/S0031918X1902011X
[13] Nassiri A. Investigation of wavy interfacial morphology in magnetic pulsed welding: mathematical modeling, numerical simulations and experimental tests: PhD dissertation. University of New Hampshire, 2015.
[14] Gupta V., Lee T., Vivek A., Choi K. S., Mao Y., Sun X., Daehn G. A robust process-structure model for predicting the joint interface structure in impact welding. J. Mater. Process. Tech., 2019, vol. 264, р. 107.
[15] Nassiri A., Zhang S., Lee T., Abke T., Vivek A., Kinsey B., Daehn G. Numerical investigation of CP-Ti & Cu110 impact welding using smoothed particle hydrodynamics and arbitrary Lagrangian–Eulerian methods. J. Manuf. Process, 2017, vol. 28, р. 558.
[16] Wang H., Wang Y. High-velocity impact welding process: A Review. Metals, 2019, (9) 2, p. 144. https://doi.org/10.3390/met9020144
[17] Carvalho G.H.S.F.L., Galvão I., Mendes R., Leal R.M., Loureiro A. Explosive welding of aluminum to stainless steel. J. Mater. Process Technol., 2018, vol. 262, pp. 340–349.
[18] Дудин А.А. Магнитно-импульсная сварка металлов. Москва, Металлургия, 1979.
[19] Grignon F., Benson D., Vecchio K.S., Meyers M.A. Explosive welding of aluminum to aluminum: Analysis, computations and experiments. Int. J. Impact Eng., 2004, vol. 30, pp. 1333–1351.
[20] Bataev I., Lazurenko D., Tanaka S., Hokamoto K., Bataev A., Guo Y., Jorge A. High cooling rates and metastable phases at the interfaces of explosively welded materials. Acta Mater., 2017, vol. 135, pp. 277–289.