TC4钛合金激光窄间隙焊接工艺与组织特征研究

使用IPG YLS-5000多模光纤激光器实现了12mm厚TC4钛合金光纤激光窄间隙焊接,优化了焊接工艺,并对焊缝组织和显微硬度进行了分析.结果表明:激光窄间隙焊接容易产生气孔和侧壁未熔合缺陷,优化后的焊接工艺能显著减少气孔并消除未融合缺陷.母材显微组织为典型的等轴组织,焊缝区显微组织由粗大的β柱状晶和网篮状马氏体α'组成.热影响区晶粒尺寸明显细化.热影响区组织由细小的针状马氏体α'、转变α组织和β转变组织构成.焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,近焊缝热影响区显微硬度达到最大值.     

平板空气舵干扰区烧蚀凹陷对热环境影响

针对高速飞行条件下空气舵干扰区烧蚀产生的局部凹陷对气动加热的影响问题,建立了平板-空气舵流动模型,针对典型高速飞行状态,采用高温热化学非平衡数值模拟,研究了空气舵缝隙区的流动结构和气动加热规律,并对舵缝干扰区的烧蚀外形进行了模化,分析了干扰区烧蚀凹陷对流动结构和气动加热的影响,结果表明:烧蚀凹陷改变了干扰区压力分布规律,降低了沿展向压力梯度,从而抑制了边界层的横向流动和厚度减薄效应,使得干扰区热流降低,且热流降低量值与烧蚀凹陷深度呈正相关,凹陷深度为5 mm时干扰区热流降低量达到28.9%。      

热变形对TC4氩弧拼焊板拉伸与疲劳性能的影响

在700℃下,对TC4氩弧拼焊板进行了3个变形量(主应变0.5％、1.6％、2.7％)的等双向拉伸成形,研究了热变形对TC4氩弧拼焊板单向拉伸性能和疲劳寿命的影响.结果表明:等双拉变形前后,TC4氩弧拼焊板拉伸试样均断裂在焊接热影响区,热影响区的强度低于母材和焊缝.随着等双拉热变形量增加,TC4拼焊板试样疲劳寿命有所增加,这是因为一定变形量的热成形释放了焊接残余应力.     

TC2钛合金薄壁型材下陷成形工艺参数分析及优化

采用试验和计算机模拟相结合的方法，对TC2钛合金薄壁型材的单边下陷成形工艺开展研究。通过在室温至600℃范围内对TC2合金型材的热拉伸变形行为进行分析，建立了该型材热拉伸的Johnson-Cook本构模型。在此基础上，对L截面TC2钛合金型材的单边下陷过程进行计算机模拟，分析了下陷过程中型材应力、应力三轴度的分布。结果表明，下陷区L拐角处容易产生应力集中，由于变形前段该区域的应力三轴度R_d>0，呈拉应力状态，因此微裂纹容易在应力集中处形核并沿型材纵向扩展。通过对成形温度、下陷段长度和过渡圆角半径进行优化，得到最佳工艺参数条件为成形温度300℃，下陷区长度21 mm，过渡圆角半径49 mm。     

B93铝合金热加工特性模拟研究

在Gleeble1500热模拟机上采用轴对称等温压缩实验,研究了B93铝合金在热加工中变形温度和应变速率对合金组织的影响,基于动态模型计算出B93铝合金加工图,分析合金热加工的流变失稳区并确定了合金热加工的最佳工艺参数。结果表明:变形速率和变形温度对B93铝合金的微观组织有影响;合金的峰值应力随变形温度的升高而降低,随变形速率的提高而增大;B93铝合金最佳的热加工制度为:变形温度420℃左右,应变速率0.001 s-1。     

冲压发动机燃烧室壳体静热试验局部失稳变形分析

对静热试验中某发动机燃烧室壳体的局部失稳变形的试验现象进行了描述,为探究其失稳变形产生的机理,对试验测得的温度数据和应力数据进行了分析,并对静热联合作用下的应力分布进行了有限元的计算,找到了引起静热联合试验中燃烧室壳体产生局部失稳变形的主要原因,并给出了解决该类问题的几点建议。     

液体静压导轨热特性有限元分析

为了减少超精密机床中液体静压导轨热变形对机床加工精度的影响,本文建立了液体静压导轨动导轨有限元模型,利用有限元分析软件ANSYS对动导轨在不同工作环境下做不同运动时的热变形进行仿真分析,仿真结果表明,当动导轨做高速变加速运动时,动导轨热变形较大,会对加工精度产生较大影响,为此,提出了降低液体静压导轨热变形的方法.     

TC11合金高温变形行为及其机理

采用Gleeble-1500热模拟机研究了TC11合金在800～1 050℃、应变速率0.005～5/s条件下的高温变形行为.根据动力学分析,确定了不同温度区间的热激活能和热变形方程.结合变形微观组织观察确定了TC11合金的高温变形机制.结果显示:TC11合金在(α β)两相区和β相区的热变形激活能分别为285.38和141.98 kJ/mol,表明不同温度区间的热变形机理不同;在两相区变形主要发生片状组织的球化,在β相区变形时低应变速率下(0.005～0.05/s)主要发生β相的动态再结晶,高应变速率下(0.05～5/s)主要发生动态回复.研究结果为确定该合金的最佳变形工艺参数提供了理论依据.     

TC11钛合金热变形性能的试验研究

研究了TC11钛合金在温度600~800℃、应变速率0.001s-1~1s-1条件下的高温压缩变形行为,分析了变形温度、应变速率对热变形过程中变形抗力和显微组织的影响,探讨了TC11钛合金热旋压变形的可行性,为钛合金热旋工艺制定提供理论和试验依据。     

TC11钛合金片层组织热变形球化动力学过程

通过热压缩试验研究了TC11钛合金退火态片层组织在两相区980℃,950℃,850℃,应变速率0.001s-1,0.01s-1条件下,变形程度30%～70%范围内的热变形过程.分析了热变形参数对变形行为和片层组织球化过程的影响,并根据片层组织球化分数演变特征,建立了修正的Avrami 片层组织球化动力学方程,与试验数据吻合较好.     

新型可调引射器焊接变形控制及利用方法

为了保证可调引射器运动机构的灵活性,根据其结构特点,采用胀胎结合胀块的定位方法减小筒体变形,合理布局连杆座和耳座位置以利用焊接残余变形,在胀块上安装与连杆座相应的垫块,减小由焊接连杆座引起的凹陷变形,保证了组合件的顺利安装;同时根据同步环摆动的特点,确定同步环灵活摆动的角向位置,有效地满足了可调引射器的机构运动要求.试验结果表明:可调引射器调节片工作时能够保证打开和关闭2个位置的稳固,未发生构件失效等问题,其可靠性初步满足装机要求.     

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。      

旋流和风阻温升下压气机级间篦齿封严空气网络计算模型

以压气机级间篦齿封严结构为研究对象,将封严系统简化为典型元件组成的空气网络,建立相应的元件流动特性计算模型。篦齿封严泄漏特性计算模型中没有考虑旋流和风阻温升影响的问题。特别采用一维流基本方程组进行描述旋转盘腔内的旋流,转子壁面摩阻应用经验关系式计算,方程组采用龙格-库塔法求解。旋转盘腔一维工程计算获得其旋流速度和风阻温升分布。根据旋流速度的大小,采用面积修正法对篦齿封严的泄漏特性计算方法进行了修正,并通过考虑流体物性随沿程温度变化来考虑风阻温升的影响。考虑旋流与温升的泄漏流量计算结果与数值计算结果最大相差1.4%,而不考虑旋流及风阻温升时最小偏差为9.9%,最大偏差为20.1%。一维工程计算结果与实验结果进行了对比,两者吻合良好,相对偏差不超过7%。计算中采用实测的篦齿间隙,该间隙通过在旋转篦齿实验中测量转子的转动变形与受热膨胀,以及机匣的热变形而获得。      

先进的焊接技术─—摩擦搅动焊

摩擦搅动焊是新近发明的一种先进焊接技术,它采用非熔化固态焊接,利用局部产生的摩擦热生成连续的固相焊缝,用它可以焊接传统上认为“不能焊接”的合金和实现不同类金属的焊接。本文简要介绍摩擦搅动焊的焊接工艺、焊缝性能、设备及应用。     

微束等离子焊接钛合金薄板保护规律的研究

 通过试验认为微束等离子焊接钛合金薄板的保护问题,关键在于控制施焊时焊缝处于700℃以上的加热范围,和700℃到400℃的冷却时间。并论证了以氧的污染层厚度作为钛合金焊接污染程度判据的合理性。本文采用电子探针法对氧污染层厚度进行了测定,求出污染方程。从而。使微束等离子焊接钛合金薄板的污染问题,可通过调整焊接规范进行控制。     

Whole-process modeling of titanium disc forming for gradient distributions of temperature and deformation

Gradient distributions of temperature and deformation (GDTD) are crucial for achieving dual-performance discs of titanium alloys which is required by the service environment of aeroengine. However, heating, cooling and deforming sequence in the whole process of the titanium disc forming, which leads to difficulties for achieving GDTD due to a lot of parameters. To solve this problem, a whole-process model of the titanium disc forming for GDTD has been established. In the model, heating and cooling via heat radiation, conduction and convection, and deforming by local loading with mold chilling are all considered. Experiments on heating and cooling as well as deforming were carried out by using a furnace and the Gleeble-3500 machine. The experimental data are used to determine thermal parameters and constitutive relations of the IMI834 titanium alloy, and then to verify the reliability of the model. Then the model was used to simulate the evolution rules of temperature and deformation of the titanium disc. The results show that the heating surface, furnace temperature, billet profile and loading rate play the core role for the control of GDTD, and thus a set of parameters were determined. Therefore, this work provides a base for developing a new forming technology of the dual-performance titanium discs with the approach of local heating and local loading.     

暖机对压气机叶片径向变形影响的试验研究

为进一步研究暖机对发动机压气机叶尖间隙变化的具体影响,本文对不同暖机时间与不暖机情况下压气机叶片的径向变形进行了试验研究。由于在发动机整机试验中叶片径向变形的无法测量,本文选择模拟件进行温度与离心耦合作用下的变形试验。利用两种叶片材料制作板材试样,以台架测试数据为基础,计算出发动机启动及慢车至最大状态过程中叶片的离心力和截面温度,并据此设计模拟件的载荷历程,制定试验方案。通过模拟件试验,测得不同暖机时间和不暖机情况对应载荷下试件的应变过程和最终应变量,结果表明：温度载荷是试件变形的主要影响因素,正常暖机情况下暖机时间对于试件最终应变量没有影响,不暖机情况下试件最终应变量稍小于暖机后。从模拟件试验结果反推构件,可以证明：温度对叶片径向变形的影响大于转子转速,正常暖机情况下不同暖机时间对于压气机叶片的最终径向变形没有影响,而暖机与否对压气机叶片的径向变形是存在影响的,暖机后的叶片径向变形量稍大于不暖机。     

数值模拟技术在飞机复合材料结构制造中的应用

复合材料结构件在航空领域得到广泛应用,但制造中产生严重的翘曲变形影响外形精度和装配连接。因此,对其制造工艺的研究日益重要,尤其是对带有复杂轮廓型面复合材料整体结构件的制造工艺。本文对复合材料结构成型工艺中固化变形机理进行了分析,阐述了变形控制模拟技术的发展和其在飞机结构制造中应用的必要性,并以实例证明数值模拟技术是进行...     

等离子电弧加热成形过程中薄板宽度的影响规律

当板厚、板长一定时采用不同宽度的1Cr18Ni9Ti薄板进行等离子电弧弯曲成形的试验,试验发现:随着薄板宽度的增长,薄板弯曲角度增大,当板宽的增大到一定值时,薄板弯曲角度趋于定值。随后在实验基础上,对等离子电弧加热过程中热影响区的弹塑性变形进行合理的简化,建立了薄板弯曲角度随薄板宽度变化的受力模型,该模型的计算结果与实验结果相符。     

钛合金线性摩擦焊接头缺陷形成机理分析

采用热力耦合技术,建立了线性摩擦焊过程的有限元模型,计算了焊接温度、应力和变形场,并对温度场进行了试验验证.观测了接头不同缺陷的微观形态,并对其形成机理进行了分析.最后,提出了控制焊接缺陷的措施.