钛合金薄板激光修饰焊残余应力研究

采用X射线法测量焊接残余应力,对比研究了TC4钛合金薄板激光焊和激光修饰焊的残余应力分布规律与特点。结果表明:激光修饰焊未改变TC4钛合金薄板激光焊接接头残余应力的分布特征;激光修饰焊可以显著降低焊接接头横向残余应力,X方向上的最大残余压应力由原来的409MPa降到345MPa,Y方向则从316MPa降至278MPa,在焊缝两侧8mm范围内,应力值波动很小,基本呈现均匀分布,对于焊接纵向残余应力激光修饰焊只是略微降低应力波动幅度;与激光焊的接头边缘处相比,由于边缘效应激光修饰焊接产生的残余应力释放幅度较低,从27%~42%降到10%~18%。     

AISI 304钢-铌异种金属激光焊温度场及残余应力研究

采用SYSWELD软件,对AISI 304钢–铌异种金属激光焊接过程进行动态模拟,在研究了AISI 304钢–铌异种金属激光焊接接头温度场的基础上,分析了焊后薄板的残余应力分布。结果表明:异种金属焊接温度场呈不对称分布,铌侧高温区域比不锈钢侧要宽;沿焊接方向上,无论是横向残余应力还是纵向残余应力,焊缝中部区域都存在最大残余拉应力;而垂直于焊缝方向上,横向残余应力和纵向残余应力在焊缝及焊缝附近区域应力梯度都比较大,分布形态都呈"M"状,纵向残余应力在焊缝区表现为残余拉应力,而横向残余应力在焊缝中心处出现了压应力。     

铝锂合金激光焊T型接头残余应力分布特征

分别采用激光焊、激光填丝焊、MIG焊等焊接方法对5A90铝锂合金T型接头进行焊接,然后采用X射线衍射法对其进行残余应力测量,获得了T型接头垂直于焊缝方向不同位置处的残余应力分布,并分析了不同焊接方法对其残余应力分布规律的影响。     

基于电子散斑干涉的载人航天器密封舱焊缝残余应力测试方法

针对传统铝合金焊缝残余应力测试方法结果波动大的问题,采用电子散斑干涉法测量了5 mm厚载人航天器密封舱5A06铝合金变极性等离子弧对接和T型交叉焊缝的残余应力,分析了影响测量结果的因素,结果表明对接焊缝熔合线附近残余应力接近5A06屈服强度(约160 MPa);T型焊缝远离交叉区域,残余应力分布规律接近对接焊缝;在交叉区域附近,由于平行、垂直焊缝方向的残余应力的相互影响,这一区域焊缝残余应力状态十分复杂,且由于残余应力叠加,使得在部分小区域内残余应力值超过材料屈服强度。     

钛合金平板电子束焊接残余应力数值分析

本文建立了钛合金平板移动电子束热源的焊接温度场和应力场的数值分析模型,针对6mm厚的TC11钛合金平板试件,计算分析3种不同工艺参数的电子束焊接温度场及残余应力分布规律,结果表明对于平板电子束焊接接头,在焊缝及近缝区的很窄的区域内,存在数值接近材料屈服极限的纵向残余应力,焊接工艺不同将会影响残余应力的数值,采用正面焊透加背面修饰的焊接工艺可在一定程度上降低纵向残余应力的数值。      

铌合金与不锈钢异种金属焊接技术研究进展

铌与不锈钢作为重要的结构材料,在航空航天领域得到广泛应用。然而,二者焊接时容易生成脆性金属间化合物且接头内部焊接残余应力大,容易引发接头开裂。本文针对铌合金与不锈钢焊接的研究现状,综述了目前铌与不锈钢主要连接方式：爆炸焊、钎焊和熔焊等。爆炸焊和钎焊虽然能够抑制焊接裂纹,但爆炸焊接复杂的焊接工艺和钎焊较低的接头强度难以满足铌/不锈钢复合结构的应用需求。熔化焊接接头残余应力大,焊缝内部存在较多脆性Nb-Fe金属间化合物,导致接头力学性能较低。针对上述问题对铌合金与不锈钢熔化焊接进行了展望：开展有限元模拟工作指导焊接工艺优化,向焊缝中引入第3组元改善铌与不锈钢的焊接性并探索合理的热处理工艺提高接头强度。     

01420铝锂合金的搅拌摩擦焊接

对2 mm厚的01420铝锂合金薄板实现了搅拌摩擦焊接(FSW),分析焊接接头的微观组织形态,研究焊接工艺参数对搅拌摩擦焊接接头成型和接头性能的影响,并与氩弧焊接接头性能相比较.结果表明,当工艺参数选取得当时,焊缝成型较好,表面光洁,焊接接头的强度可达到母材强度的77%,接头的弯曲角可达到180°,均高于氩弧焊接接头.     

GH3536电子束焊接残余应力分布分析

采用应力释放法测量了10mm厚GH3536高温合金电子束焊接纵向残余应力分布.结果表明:高温合金电子束焊接残余应力分布范围较小,约为焊缝宽度的4-7倍.残余应力的最大值可达到材料的屈服极限.研究成果为优化电子束焊接工艺和应力与变形分析提供了理论依据和指导.     

LD10CS高强铝合金及其焊接工艺

LD10属热处理强化的Al-Cu-Mg-Si系高强铝合金,相当于美1014和苏AK-8(?)LD10CS的比强度为2.8×10~6cm,是航天型号产品的重要结构材料。LD10CS焊接的主要问题:一是在焊缝金属及半熔化区极易产生热裂纹(含结晶裂纹或液化裂纹);二是焊接接头的非等强性,接头强度和塑性低于母材,焊接接头强度系数低于50%;三是焊接接头的存放裂纹及低应力破坏。影响焊     

电子束焊接能量对焊缝力学性能的影响研究

电子束焊接能量对TC4钛合金焊缝力学性能具有一定的影响。随着电子束焊接次数的增加,焊缝能量输入增加,焊接残余拉应力逐渐增大,焊缝拉伸性能和断裂延伸率降低;当焊接次数达到6次时,拉伸强度为927MPa,低于母材强度的90%,无法满足GJB1718A-2005 I级标准要求;当焊接次数达到4次时,焊缝断裂伸长率低于10%。     

航空发动机机匣电子束焊接变形模拟分析与优化

为了对焊接变形进行预测与控制,建立了焊接接头的弹塑性有限元模型,并对电子束热源模型进行了校核,获得了接头焊接位置的塑性应变区域大小;建立了风扇叶片机匣3D壳单元有限元模型,并采用固有应变法对机匣焊接变形进行了模拟计算,获取了焊接过程的变形分布,通过实测机匣变形量并与仿真结果进行对标,验证了模型的准确性;通过对风扇叶片机匣焊接顺序以及焊接熔池宽度等工艺参数的优化,获得了控制风扇叶片机匣焊后变形的最优方案。结果表明:模拟与实测的平均变形误差仅10.3%,基于固有应变法的中心面3D壳单元有限元模型适用于大型复杂薄壁件的电子束焊接变形预测,该方法已得到应用;风扇叶片机匣焊接熔池宽度的优化能够有效控制焊后变形,焊缝上熔池宽度降低为2.7 mm,焊后平均径向变形量降低30%,能够明显降低机匣径向收缩变形,焊接顺序的优化对变形控制效果较差。      

2219薄板铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接及组织性能分析

以运载火箭助推器贮箱广泛应用的4 mm厚2219薄板铝合金为焊接对象,研制了浮动式双轴肩搅拌头,分析了内部塑性金属流动模式及特点,并推测出需匹配较低焊接热输入才能获得优质焊缝。工艺探索及优化试验结果直接验证了焊缝内部塑性金属流动模式及推测。接头宏观组织形貌分析结果显示:不同焊接速度下的焊缝横截面宏观形貌都可以观察洋葱环特征,且随着焊接速度提高,洋葱环特征越发增多,并从靠近前进侧的焊核区逐渐向后退侧孕育发展,这也有效验证了薄板铝合金双轴肩搅拌头的设计思路。薄板铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头横截面显微硬度分布均呈"U"型,接头显微硬度最低点位于焊核区与后退侧热机影响区的交界处。接头力学性能测试结果显示:随着焊接速度逐渐升高,接头抗拉强度逐渐升高,且当焊接速度达到350 mm/min时,接头抗拉强度达到最高值。铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接头延伸率整体较高,焊接速度对其影响不大。铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头正、背弯均可以达到180°无裂纹。基于立式纵缝搅拌摩擦焊系统成功实现了2 m长试片的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊,累计焊接长度达到60 m,且双轴肩搅拌头完整,未发现裂纹、扭曲或其他损伤。     

基于红外热成像的TC4钛合金光纤激光焊接接头拉伸力学性能研究

对光纤激光焊接2.5mm厚TC4对接接头的拉伸力学性能进行研究,其研究方法为在常规的拉伸试验中,附加同步的红外热像测量,实时记录拉伸全过程中试样在力作用下温度场的变化。常规测试结果表明:接头与母材的强度相当,延伸率只达到母材的59.53%。试样温度场测试结果表明:当接头和母材受到的轴向载荷低于屈服强度对应载荷时,接头在热影响区部位会产生较大的应力集中,但接头和母材均未产生明显的塑性变形;当载荷等于屈服强度对应载荷时,均在宏观屈服点之前发生了微观的塑性变形;当载荷等于抗拉强度对应载荷时,接头发生剧烈塑性变形区域的长度只达到母材的35%,且接头与母材发生剧烈塑性变形区域的长度随拉伸过程的进行逐渐增加。     

双轴应力下含裂纹加筋曲板剩余强度的弹塑性有限元计算

 采用考虑了大应变的弹塑性有限元方法,以裂纹尖端张开角为断裂准则,实现了双向受载条件下加筋曲板中裂纹起裂到失稳整个扩展过程的数值模拟计算;还对与加筋曲板有同样尺寸的加筋平板进行了分析和计算。结果表明,所提出的分析方法和所采用的断裂准则适用于对含裂纹加筋结构所进行的剩余强度分析。     

Ironing effect on surface integrity and fatigue behavior during ultrasonic peening drilling of Ti-6Al-4V

Imposing compressive residual stress field around a fastening hole serves as a universal method to enhance the hole fatigue strength in the aircraft assembly filed. Ultrasonic Peening Drilling (UPD) is a recently proposed hybrid hole making process, which can achieve an integration of strengthening and precision-machining with a one-shot-drilling operation. Due to the ironing effect of tool flank surface, UPD introduces large compressive residual stress filed in hole subsurface. In order to reveal the strengthening mechanism of UPD, the influence of ultrasonic vibration and tool dynamic relief angle on ironing coverage rate and its corresponding effect on surface integrity in UPD were analyzed. The experiments were conducted to verify the influence of ironing effect on surface integrity and fatigue behavior of Ti-6Al-4V hole in UPD. The results indicate that the specimen features smaller surface roughness, higher micro-hardness, plastic deformation degree and circumferential compress residual stress under higher ironing coverage rate. The fatigue life increases with the raise of ironing coverage rate, and the fatigue source site in UPD shifts from surface to subsurface comparing with that without vibration assistance. The results demonstrates that a better strengthening effect can be obtained by reasonably controlling the ironing coverage rate in UPD.     

热源与热沉的距离对焊接接头应变影响研究

热源与热沉的距离D是动态控制低应力无变形焊接技术的关键参数之一。采用有限元技术开展了热源与热沉中心的距离对焊接接头应变影响的研究。研究发现:冷却介质的急冷作用使得热源与热沉之间的温度陡降,温度梯度变大,热沉作用处成为焊缝中心线上温度最低的位置;不同的D值引起的焊缝中心点的温度历史不同,塑性应变的历史不同,残余态结果也不同。热源与热沉之间距离越近,拉伸作用越强。热源与热沉中心的距离较近时,可以产生大于加热阶段形成的压缩塑性应变的拉伸塑性应变,从而不仅补偿加热时产生的缩短应变,而且还使焊缝中存在拉伸塑性应变。     

Residual Strength of Stiffened LY12CZ Aluminum Alloy Panels with Widespread Fatigue Damage

Experimental and analytical investigations on the residual strength of the stiffened LY12CZ aluminum alloy panels with widespread fatigue damage （WFD） are conducted. Nine stiffened LY12CZ aluminum alloy panels with three different types of damage are tested for residual strength. Each specimen is pre-cracked at rivet holes by saw cuts and subjected to a monotonically increasing tensile load until failure is occurred and the failure load is recorded. The stress intensity factors at the tips of the lead crack and the adjacent WFD cracks of the stiffened aluminum alloy panels are calculated by compounding approach and finite element method （FEM） respectively. The residual strength of the stiffened panels with WFD is evaluated by the engineering method with plastic zone linkup criterion and the FEM with apparent fracture toughness criterion respectively. The predicted residual strength agrees well with the experiment results. It indicates that in engineering practice these methods can be used for residual strength evaluation with the acceptable accuracy. It can be seen from this research that WFD can significantly reduce the residual strength and the critical crack length of the stiffened panels with WFD. The effect of WFD crack length on residual strength is also studied.     

材料表面残余应力测试技术研究

在生产、处理或加工材料的过程中,由于材料的局部区域的不均匀塑性变形,产生了残余应力。残余应力对疲劳强度、抗蚀性、尺寸稳定性、相变、硬度等均有影响;提高表面塑变抗力,降低表层的有效拉应力,可以抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,提高疲劳强度。本文主要以结构钢、不锈钢类材料为研究对象,应用x射线衍射原理测定表面残余应力,讨论x射线法测残余应力的要点,分析能够影响测定结果的技术因素、材料因素及被测件的几何因素,并找出应力分析仪最佳的测试参数。     

铝合金可回抽搅拌摩擦焊接头组织和性能

针对8 mm 厚2219 铝合金进行可回抽搅拌摩擦焊工艺试验,详细分析了回抽过程中搅拌针运动

轨迹、不同回抽位置的接头组织形态及力学性能。结果表明:搅拌针的运动轨迹是焊接速度与搅拌针相对于轴

肩回抽速度的合成运动轨迹,并呈现出一定的线性关系。回抽结束处和回抽起始处的接头组织形貌为典型的

常规搅拌摩擦焊接头,位于中间回抽区域的焊接接头可以认为是100% 焊透的焊接接头与“相同直径的轴肩+

(100% ~0%) ×L 的搅拌针”形成的焊透深度逐渐变浅的常规搅拌摩擦焊接头复合形成的。接头力学性能测

试结果表明:回抽结束处的性能最高,回抽起始处的性能次之,中间回抽区域的力学性能最低,并且随着回抽距

离的逐渐增加,中间回抽区域的力学性能逐渐增加。不同回抽位置的搅拌摩擦焊接头均呈现出典型的韧性断

裂形貌。