焊接顺序对TA15钛合金壁板焊接变形的影响

建立了TA15钛合金壁板焊接有限元模型,利用热弹塑性有限元法分析了焊接顺序对壁板变形的影响。通过对比焊缝截面宏观形貌和残余应力,建立了TIG穿透焊焊接工艺的双椭球热源模型,进而模拟了5种焊接顺序下壁板变形情况。结果表明:按从一侧开始的顺序进行焊接时,下壁板中部边缘凸起,最大变形量为3.9mm;采用对称施焊,可有效地控制壁板变形量。     

框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形仿真研究

本文针对框桁式火箭贮箱壁板结构双激光束双侧同步焊接（DLBSW）变形开展仿真研究。首先，建立了框桁式火箭贮箱壁板结构DLBSW有限元模型，并通过试验验证了该模型的可靠性；其次，重点考察了焊接顺序与方向对框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形的影响，获得了变形控制策略；最后，采用该优化方案，成功完成了框桁式火箭贮箱DLBSW壁板的研制。结果表明，采用“交叉中心焊”的焊接顺序，可极大程度地降低焊接变形；在焊接顺序优化的基础上，改变中间三条焊缝的焊接方向，可进一步降低焊接变形。     

贮箱壁板法兰盘装配及自动化焊接工艺

现有的壁板法兰盘焊接工装结构简单,压紧力小,并且为手工焊接,焊后法兰盘焊缝残余应力与变形大,质量稳定性差,不能满足型号使用需求。本文从影响法兰盘焊接质量因素入手,研制了法兰盘自动化焊接工装,在模拟仿真的基础上,得到0.15~0.25 mm的过盈装配量法兰盘与孔径采用的过盈量为最优,采用先装壁板后装法兰盘的流程可有效避免装配裂纹,并通过焊前加热垫板的方式解决法兰焊缝打底裂纹难题,采用自动焊工艺焊接的法兰成型美观,焊接缺陷比手工焊降低70%以上,接头低温平均抗拉强度达到348 MPa,延伸率为6.7%。     

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铝合金变截面结构搅拌摩擦焊接工艺及组织特性

针对变截面结构产品,提出了一种变截面搭接结构搅拌摩擦焊接方法,通过加装辅助板将整条焊缝焊接方向上补偿为等厚度。焊接采用一次定位焊接+二次定位焊接+正式焊接的工艺方式,一次定位焊为预定位,二次定位焊保证辅助板与试片主体结构之间形成有效连接,正式焊保证形成完整的焊缝。焊缝表面成形良好,超声相控阵检测无超标缺陷。通过对力学性能的分析,变截面搭接结构处焊缝与非搭接处焊缝和常规对接焊缝的力学性能基本相同,平均抗拉强度均达到母材的70%以上,平均延伸率均在5.8%以上。变截面搭接焊缝焊核处晶粒形态为细小的等轴晶,靠近轴肩影响区部分的晶粒尺寸大于靠近焊缝根部的晶粒尺寸,受再结晶影响,焊缝两侧热机影响区处辅助板搭接界面消失。     

TC4钛合金薄板多束流电子束焊接变形控制研究

采用电子束高频偏转扫描技术实现了多束流电子束焊接,在焊接的同时增加两个辅助电子束热源进行TC4钛合金薄板的焊后缓冷,利用辅助热源在焊缝两侧产生的热应力来改变焊件的应力分布,达到减小焊后应力、控制焊接变形的目的。重点研究了辅助热源位置和能量分配等工艺参数对焊接变形的影响。实验结果表明,采用辅助热源进行焊后缓冷可以有效减小焊接变形,当D=5mm,H=10mm,电子束束流为9.3m A,能量分配为16.25%时,1mm厚的TC4钛合金薄板焊接变形最小。     

TC4钛合金薄板多束流电子束焊接变形控制研究

采用电子束高频偏转扫描技术实现了多束流电子束焊接,在焊接的同时增加两个辅助电子束热源进行TC4钛合金薄板的焊后缓冷,利用辅助热源在焊缝两侧产生的热应力来改变焊件的应力分布,达到减小焊后应力、控制焊接变形的目的。重点研究了辅助热源位置和能量分配等工艺参数对焊接变形的影响。试验结果表明,采用辅助热源进行焊后缓冷可以有效减小焊接变形,当D=5mm,H=10mm,电子束束流为9.3m A,能量分配为16.25%时,1mm厚的TC4钛合金薄板焊接变形最小。     

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.     

某型机钣金钳焊件生产经验

在飞机制造过程中会遇到许多钣金钳焊零件,如进气道、排气管、整流包皮等。其结构多是由许多块曲面钣金件经组焊而成的复杂双曲面,一般在端头有安装协调要求,准确度要求较高,而中间过渡区则要求较低。这类结构焊接变形大,且变形后难校正。生产中一般对钳焊件都配有暂焊(焊接)夹具,因为焊缝形状复杂和焊接保护的原因,这类夹具都设计得较复杂和笨重。本文介绍了某型机钣金钳焊件的生产经验,提出了小批生产中不用焊接夹具的设想。 1.某型机前、后进气道的钳焊 (1)结构概况 某型机共有三台发动机,前面对称布置两台,后面一台,均在传动平台上。发动机前、后进气道均是由多块钣金零件焊接而成的复杂双曲面焊接件。材料为LF3(板厚0.8mm)。前进气道给两台发动机进气,形状比后进气道更复杂。前、后进气道结构见图1。     

铝合金厚板搅拌摩擦焊焊缝疏松缺陷形成机理

采用圆锥形搅拌头焊接20mm厚的7075-T6铝板,分析焊接过程中焊缝内部疏松缺陷的形成过程及原因。研究表明,焊缝表面成形良好,无明显缺陷。但是,在焊缝轴肩区和焊核区之间出现了疏松缺陷。分析认为,焊缝上、下部金属温度差太大,导致其塑性流动行为发生变化是疏松缺陷形成的主要原因。搅拌摩擦焊(FSW)过程中,焊缝上部金属温度较高,而底部温度仍然很低,脱离搅拌针端部的塑化金属在周围冷金属巨大的变形抗力作用下转而沿搅拌针表面往上迁移。到达轴肩区下方汇聚区时,由于轴肩区金属温度高,向下的挤压力太小,导致回迁上来的塑化金属继续往上迁移并冲破轴肩区而沿轴肩边缘溢出形成飞边。汇聚区内没有足够的塑化金属填充、焊缝无法被压实而产生疏松孔洞。通过建立疏松缺陷形成的物理模型,可以更直观地反映出焊缝金属流动形态及缺陷形成过程。     

2524铝合金的搅拌摩擦焊对接工艺

以2524-T3板材作为试验材料,研究了薄板的搅拌摩擦焊对接工艺,优化了对接焊的工艺参数,获得了焊接工艺窗口及最优工艺参数.在最优工艺参数下生产的对接焊件具有良好的质量外观,焊件的变形量和焊缝减薄量极小;焊件的X射线检测结果表明焊件内部质量良好,没有在照片上发现缺陷;金相组织分析显示,焊缝横截面组织均匀致密;焊接接头静力拉伸性能测试结果表明焊缝抗拉强度的平均为397 MPa,为母材抗拉强度的90.4％.     

运载火箭贮箱筒段环缝焊接应力变形数值模拟

以5 m直径大型运载火箭贮箱筒段为研究对象,对该筒段进行了环缝焊接过程的有限元模拟,得到了焊接过程的温度场分布情况以及简化工装约束条件下焊接后和约束卸载后的应力变形情况.结果表明,筒段的整体变形以径向变形为主;焊后最大应力出现在焊缝,最大应力429 MPa,由于应变强化而高于屈服强度;焊缝处的应力除外表面轴向应力为压应力,其他皆为拉应力.     

某型飞机后边条焊接盒段优化研究

某型飞机后边条焊接盒段是用于安装平尾的重要受力构件,由材料为30CrMnSiA的板弯件、机加件及加强筋焊接组合而成。由于盒段焊缝数量多、零件壁厚薄,故在组合焊接时容易出现焊接变形、变形后校形困难等问题,使焊缝质量难以保证。本文对焊接盒段结构方案进行了优化研究,在最终选定的结构优化方案中,其盒段壁板为整体机加成型,大量采用机械连接,焊缝数量少,焊接形式简单,缩短了盒段的焊接周期,改善了焊接盒段生产的工艺性,满足了该型号飞机的批产要求。     

焊接及热处理对T250马氏体时效钢薄壁旋压圆筒性能的影响北大核心CSCD

采用脉冲TIG焊对T250马氏体时效钢薄壁旋压圆筒进行焊接,通过优化焊接工艺参数,得到了外观成形良好,内部缺陷达到QJ175—93 0级标准要求的焊缝。在焊前和焊后对T250马氏体时效钢薄壁旋压圆筒进行了热处理,研究了热处理对焊接接头金相组织、显微硬度、角变形和力学性能的影响。结果表明:时效处理后,焊缝金属枝晶晶界中存在逆转变奥氏体组织,显微硬度低于母材;熔合线附近焊接热影响区晶粒长大,最大处晶粒约为基材的6倍;焊前时效处理大幅度减小了焊接接头角变形;在焊后对试样进行500℃时效处理的情况下,焊前时效处理使焊接接头抗拉强度和弯曲角都有所提高;焊前对旋压圆筒进行500℃时效处理,焊后进行500℃时效处理,得到了最佳焊缝强韧性匹配。     

航宇薄壳结构的低应力无变形焊接新技术

为满足航空、航天薄壳焊接结构在制造过程中对几何型面的严格技术要求，研究开发了低应力无变形焊接新技术。此项技术保证了在焊接过程中对变形积极主动的控制，达到了焊后完全无变形的要求，取消了焊后矫形工序，已成功地应用于航空发动机耐热合金薄壁机匣和运载火箭铝合金燃料贮箱的焊接。用“静态”控制方法及在此基础上发展的“动态”控制新方法均可定量地控制焊缝区的不协调应变量，获得焊后低应力无变形的效果。     

轻金属材料结构制造中的搅拌摩擦焊技术与焊接变形控制（下）

五、轻金属结构制造中的焊接变形控制在轻金属薄壁结构的焊接制造中,板壳构件失稳翘曲变形比其他形式的焊接变形更为严重。尤其是飞行器结构一般多选用厚度不大于4m m的金属板材,如带筋壁板、燃料贮箱等。如图14所示,当板件的厚度小于4m m时,则焊接残余应力所引发的失稳翘曲变形必然会突现,这是因为板件失稳翘曲的临界压应力值陡然降低的结果。北京航空制造工程研究所近20年来着手研究开发了轻金属板壳结构的低应力无变形焊接方法熏其机理属于在焊接过程中主动控制热应变的产生和发展,用预置温度场的全截面热拉伸效应或是用热源-热沉的局域…     

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。     

成果简介

１　特型喷管扩散段模具加工工艺大型火箭发动机特型喷管扩散段模具为焊接结构件。焊缝总长６０余米，焊层总长４００余米，焊缝稠密，相邻焊缝间距仅９０ｍｍ～１００ｍｍ。焊接坡口平均深１８ｍｍ～２０ｍｍ，极易形成焊接热聚集，焊接收缩量大，变形倾向大。必须采取工艺措施控制焊接变形，使所有焊缝在焊接热循环中产生对等对称收缩，减少收缩量。为此采用：对称定位焊法；小线能量焊法；严格控制第一、二层焊接收缩量；采用相邻两环缝对称１８０°起始焊法；采用两层间环缝起始焊接位置间隔９０°焊法；单道单层焊法。为保证精度要求，…     

钛合金电子束焊接表面残余应力的测试和有限元分析

采用多束电子束流焊接Ti60钛合金,并利用小孔法和有限元分析方法分别测试和模拟焊后残余应力值.对焊前预热、焊后缓冷和焊前预热+焊后缓冷三种焊接工艺下的残余应力值进行比较,研究残余应力的分布规律.研究结果表明,在垂直焊缝截面上,纵向残余应力σx的模拟结果与测试结果在变化趋势上基本一致.在平行焊缝截面上,实测与模拟纵向残余应力σx的分布规律相似.证明了有限元模型的合理性和可靠性.采用预热+焊接的焊接工艺对残余应力影响不大,采用焊接+缓冷的焊接工艺可以改变残余应力的分布.     

TC4钛合金线性摩擦焊接头组织及残余应力分布特征

使用光学显微镜和X射线衍射法对TC4钛合金线性摩擦焊接头组织和残余应力分布特征进行研究。结果表明:热机影响区内的α相和β转变体在线性摩擦焊接过程中被不同程度地拉长,变形严重,焊缝区存在超细晶粒区。焊后接头的残余应力场表现为在一侧为拉应力,而在另一侧同时存在拉应力区和压应力区。垂直于焊缝的横截面上,垂直焊缝方向的残余应力在焊缝中心和焊缝端部分别呈现V字形和W字形分布特征,而在焊缝纵截面上,平行焊缝方向的残余应力分布特征为中心段存有较高的残余拉应力,至焊缝两端逐渐下降为压应力。