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。     

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，…     

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。     

随行辅助预热电子束薄板焊接的数值模拟

电子束焊接薄板过程中,由于局部加热过快,易产生焊接变形。因此,在电子束焊接的主热源两侧引入基于高频扫描技术的电子束辅助热源,进行焊前预热,以达到减小焊接变形的目的。建立了矩形均匀加热辅助热源模型,采用热弹塑性有限元分析方法对1.5mm厚不锈钢薄板随行辅助预热电子束焊接进行数值模拟,并且进行了试验验证。结果表明,焊后残余应力和变形的模拟结果与试验所得结论一致。电子束焊接随行辅助预热方法不仅可以改变熔池前方材料的应力状态,而且当熔池形成瞬间熔池时,还可以减小前方材料的压应力峰值,有利于减小薄板结构的焊接变形。     

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。     

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。     

钛合金带筋壁板穿透焊工艺研究

从焊前准备、焊接装配、焊接保护、焊后校形、力学性能等5个方面,研究了钛合金穿透焊工艺及其焊接工艺参数,分析了焊接接头的组织性能。结果表明,充分的焊前准备、正确的焊接装配、有效的焊接保护及合理的焊接工艺参数是获得优质钛合金焊接接头的保证;焊后正确的热处理是零件保形的必要条件。     

铍的YAG激光焊接裂纹敏感性研究

分析了激光焊接时为克服焊接裂纹所采取的焊前预热、短焦距焊接及焊接工艺参数等因素对裂纹敏感性的影响。结果表明：选择合适的焊接参数可减少裂纹的产生，但其作用有限，还不能从根本上消除裂纹。焊前预热及焊后缓冷对抑制裂纹作用显著，且随着预热温度提高裂纹率呈下降趋势。此外焊接中减少铍的熔化量对减少裂纹亦发挥了重要作用。     

钛合金低压风扇机匣真空电子束焊分析

介绍了钛合金低压风扇机匣的结构特点，分析了其真空电子事焊接时编程复杂，焊接参数选配，焊后变形大等难点，提出了合理的爆接工艺方案，并着重阐述了降低零件爆接变形的措施。     

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。     

壁板结构焊接顺序模拟优化研究

对于某壁板结构焊接顺序进行了数值模拟优化,主要考察了4块立板之间不同的焊接顺序、每块立板上各段焊缝焊接顺序的调整以及焊接起始端的选择对结构焊后变形的影响规律,模拟结果表明:壁板在各种顺序下都产生了马鞍型变形,即,沿焊缝纵向截面上产生了向下的挠曲变形,中部向下变形量最大;沿焊缝横向截面上产生了向上的挠曲变形,壁板两端部变形量较大,且壁板前端比后端变形大。在单块立板上采用先点固两端然后交错对称焊接,在整体上对4块立板依次焊接相同位置的焊缝,此时壁板焊后变形最小。     

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。      

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。     

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.     

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%。     

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.     

压力对Ti2AlNb合金扩散焊接头组织与性能的影响

针对Ti₂AlNb合金进行直接固态扩散焊，研究压力对合金扩散焊接头组织与性能的影响，使用扫描电镜分析焊接接头的显微组织随压力的变化规律，对不同压力下的焊接接头进行室温拉伸实验，分析接头性能随压力的变化趋势以及接头的断裂机制。结果表明：随着压力的增加，试样表面的变形量增大，在高温下变形区域发生动态回复与再结晶，促进了连接面处孔洞的愈合，焊合率因此逐渐升高；Ti₂AlNb合金扩散焊接头可以分为再结晶区、变形区以及母材三部分，其中再结晶区主要由等轴的B2相以及α₂相组成，随着扩散焊压力的增加，再结晶区的宽度明显变宽；焊接接头的强度随着压力的增加先升高后下降。当焊接工艺参数为960℃-60 MPa-120 min时获得的焊接接头性能最好，其抗拉强度为972 MPa，达到母材强度的98%；过大的压力使得再结晶晶粒粗化，且再结晶区和变形区交界处产生裂纹，导致接头性能反而恶化。     

某型发动机扇形板片蜂窝真空钎焊工艺改进

针对某型发动机扇形板片蜂窝在真空钎焊后出现的尺寸超差及变形问题,通过改进定位工装、定位方式、钎焊夹具及焊前板片表面处理等措施,优化了真空钎焊工艺,达到控制零件焊接变形的目的,满足了零件的装配要求。