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。     

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EBW焊缝电子束局部热处理的三维温度场和应力场计算

以12 mm TC4(Ti-6Al-4V)钛合金厚板为研究对象,进行电子束焊接和局部热处理的有限元分析.提出了柱状体热源载荷模型和高斯环状面热源载荷模型;利用有限元模拟技术计算了给定工艺参数下电子束焊接和局部热处理的三维温度场和应力场.有限元分析的结果表明在采用合理工艺参数情况下电子束局部热处理可以减小焊后的残余应力.     

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。      

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.     

国外几种焊接方法的应用动态

近年来焊接技术发展很快,电子束焊、激光焊、等离子束焊等新的加工技木日趋完善,随着计算机的应用,焊接的自动化水平日益提高,这些都有力地促进了航空工业的发展.一、电子束焊电子束焊工艺,是使用被聚焦的电子束作为热源的焊接方法,是50年代由德国蔡斯公司及法国原子能委员会发展起来的.它可以进行活性金属、难熔材料、轻金属、高级合金等多种材料的焊接,特别是开发了局部真空电子束焊及非真空电子束焊接以后,应用范围更加广泛.电子束焊接工艺的优点是焊接变形小,焊透深宽比高,焊速高,还可进行预加工和热处理后元件的焊接,以及极薄和极厚元件的焊接.     

镍基高温合金电子束焊缝形貌预测模型及其验证

针对深熔电子束焊特有的钉形焊缝形貌特征,在综合考虑了熔池和匙孔中能量吸收与再分布效应的基础上,建立了高斯面热源和圆柱体热源组合的移动热输入数值模型。进而利用ANSYS通用有限元软件,对镍基高温合金GH4133电子束焊的完全穿透和部分穿透焊接温度场进行了三维数值模拟,分析中考虑了辐射换热和温度相关材料性能的影响。两种情况下的预测结果与实际接头的焊缝金相轮廓吻合良好,证明了组合热源模型的有效性,为进一步开展热-力-组织多场耦合的准确分析提供了可靠的保证。     

推进剂管理装置的可靠性增长及试验验证

采用原始的焊接方式焊接筛网式推进剂管理装置的收集器合格率低、可靠性差。为此,采用纯钛箔作为过渡层进行了不锈钢筛网与钛合金支压板的电阻缝焊试验以及随后这两者与钛合金骨架的电子束焊试验,然后进行了地面力学环境下的振动试验,以验证焊接方式改进后收集器的可靠性。焊接试验结果表明,纯钛箔过渡层一方面可以大幅降低筛网在电阻缝焊时的焊接热量,有效地减小筛网的热变形;另一方面可以在电阻缝焊后形成牢固、封闭的纯钛/不锈钢筛网焊缝过渡区,有效地增加电子束焊时筛网的变形抗力,从而使得焊接后试样的合格率和性能大幅提高。振动试验结果表明,焊接方式改进后收集器的可靠度置信下限从0.90增加到了0.96。     

10mm厚TC11钛合金电子束焊接熔池传热与流动行为研究

采用ANSYS软件中的Flotran模块,建立了基于高斯面热源与峰值热流递增的旋转体热源相结合的新型复合热源模型,合理地模拟了10mm厚TC11钛合金平板的电子束焊接熔池传热与流动行为。结果表明:计算熔池边界与真实焊缝的熔合线轮廓吻合较好,均呈现电子束焊接典型的"钉子形"焊缝。     

静态低应力无变形焊接技术的数值模拟与优化

针对静态低应力无变形技术(LSND)在铝合金薄板焊接上的应用,开展了其焊接过程应力应变分布特征的有限元数值模拟和优化研究.分别建立了常规钨惰性气体(TIG)焊接和静态低应力无变形技术焊接时温度场和应力应变场的有限元模型,计算了两种方法焊接时温度场、应力应变场的差异.根据数值模拟结果,优化了静态低应力无变形技术的两个重要工艺参数:加热温度和加热区域边缘到焊缝中心的距离,给出了针对具体材料和试件尺寸的工艺参数推荐值.     

薄钛板微弧等离子焊接工艺

最近一段时间,国内外文献中都有关于采用微弧等离子焊的论述。作者曾经用工业纯钛BTI—O制的薄板工件(厚度小于1.0毫米)进行了试验研究。 大家都知道,薄板金属焊接的主要困难是不易保证正确的焊缝成形。焊缝的成形取决于焊接熔池的状态,熔池表面有无各种薄膜,熔化金属的容量和被焊边缘的变形等等。当焊接薄板接头(特别是对接接头)时,可能出现烧穿,和由于装配不准确、有间隙而引起的下弯以及焊边翘曲等形式的缺陷。 薄壁金属获得优质焊接接头的主要因素是:1.接头的形式和结构;2.装配和焊接前     

LY12CZ铝合金随焊锤击碾压工艺规范研究

针对生产现场大尺寸LY12CZ铝合金薄板(2500mm×6000mm×2mm)的拼焊成形,采用动态随焊锤击碾压焊接新技术,有效防止了LY12CZ铝合金焊接热裂纹的产生,并基本消除了薄板焊接变形。通过调整随焊锤击工艺参数和焊接线能量,使锤击碾压行为与焊接熔池的凝固过程相匹配,从而实现了LY12CZ铝合金焊接无裂纹、小变形的目的。     

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。      

TC4钛合金薄板高能束焊接接头疲劳性能研究

对TC4钛合金薄板激光焊和电子束焊接头的疲劳性能进行了试验研究,测试了不同应力水平下的疲劳寿命。采用统计分析的方法研究了TC4钛合金薄板母材及其高能束流焊接接头的中值疲劳寿命。分析了焊接工艺条件对接头疲劳强度的影响。结果表明,在高应力水平时,TC4钛合金高能束流焊接接头的疲劳寿命低于母材的疲劳寿命,在低应力水平时,TC4钛合金高能束流焊接接头的疲劳寿命高于母材的疲劳寿命。     

电子束熔丝增材随行退火系统及均匀面热源扫描

在电子束熔丝沉积增材制造过程中,采用电子束对零件成形区域进行扫描并控制热输入,可以改善零件的温度分布,实现随行退火,达到减小应力和控制变形的目的.采用工控机、波形发生卡、扫描线圈及其驱动电路,以及动态聚焦线圈及其驱动电路搭建了电子束高速扫描系统,实现了电子束高速扫描及动态聚焦等功能.基于LabVIEW开发了随行退火扫描...     

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。     

钛合金激光焊接残余应力试验与数值模拟

采用小孔释放法对钛合金薄板激光焊接残余应力进行了试验研究,并基于ANSYS分析软件,针对钛合金薄板的焊接残余应力进行了数值模拟,分析了不同焊接工艺参数对激光焊接残余应力分布的影响.     

微贮箱移动电子束焊接传热数值分析

建立了某姿轨控发动机推进剂贮箱移动电子束焊接热源的焊接温度场数值仿真模型,采用锥体热源描述电子束焊接热源,通过等价比热容法来处理熔化潜热,得到电子束焊接过程中贮箱温度、焊接熔池形状和尺寸随时间的变化状况.结果表明:仿真计算所得贮箱温度与实测数据的差异小于10%.在焊接过程中,利用安装在贮箱外表面的纯铜散热盘可以将贮箱半膜处的温度从503K降低至364K以下,避免了焊接过程中贮箱温度过高出现结构损伤.该计算方法与结构散热方式可为其他产品的焊接提供借鉴与参考.      

压气机鼓筒真空电子束焊接工艺

本文介绍了ＧＨ４１６９材料的真空电子束焊焊接性能试验和某压气机转子鼓筒的真空电子束焊工艺。     

等离子超声电弧焊接MGH956合金激励频率的计算机优化

根据等离子弧焊接特点,利用双椭球体热源模型,对焊接温度场进行分析并建立三维熔池模型。以0Hz时超声电弧焊接熔池为对象,在最佳空化频率范围内,通过模态分析求解一阶谐振频率,并将与之对应的熔池响应情况进行预测。最后,通过分别施加不同大小的超声电弧频率,以三组2mm厚MGH956合金板作为实验材料进行平板对接焊试验。结果显示,接头横断面熔合线计算几何尺寸与尺寸符合良好。在谐振条件下,焊缝区面积增大,组织的细化效果较好,气孔率低,同时焊缝区软化现象得到显著改善。利用计算机模拟的方法基本达到了超声电弧频率优化的目的。