焊接过程对焊接残余应力及残余变形的影响

采用热弹塑性有限元法，对直通焊和多人同时分段焊两种焊接过程的平板对接焊时焊接应力变形和圆柱壳板环缝的焊接变形进行比较，认为多人同时分段焊直通焊无论在降低焊接残余应力还是焊接残余变形都具有非常显著的效果。     

Ti2AlNb合金钎焊工艺研究

研究了不同钎焊工艺对Ti2 A1Nb合金的接头组织和力学性能的影响.分别选取中温、高温Ti-Cu-Zr-Ni两种粉末钎料,在不同的钎焊温度和保温时间钎焊,采用光学金相显徽镜、扫描电镜、能谱以及室温拉律力学实验对接头的组织和室温抗拉强度进行研究.实验结果表明,接头组织与母材组织相差较大,中间有双相脆性中间层组织产生.高温钎料在其钎焊温度下接头晶粒长大,母材组织粗化.室温拉伸实验表明,两种钎料钎焊的接头力学性能较差.     

水电站合拢焊缝残余应力的数值模拟

采用有限元方法，通过计算机对水电站合拢焊缝残余应力进行了数值模拟，并将其与实测结果进行了比较，两者基本上一致，证明该方法是一种经济而有效的焊接残余应力预测方法，可为制订焊接工艺时控制残余应力提供参考。     

对接试板焊接残余应力实测与数值模拟

使用压痕法对两副对接试板进行了表面焊接残余应力测试,并通过焊接有限元仿真获得了对接试板焊接残余应力分布规律,对比分析了表面残余应力实测和数值模拟结果。分析结果表明,焊接残余应力数值仿真结果和压痕法实测结果趋势一致,数值相差不大,残余拉应力峰值实测为599 MPa,仿真结果为597 MPa,表明数值模拟方法可预测焊接残余应力;焊缝及热影响区最大纵向残余应力属于拉应力,而最大横向残余应力为压应力,横向残余应力峰值低于纵向残余应力峰值;等效应力(Mises应力)峰值792 MPa,高于试板材料在常温下的初始屈服强度,表明该材料具有明显的加工硬化现象。     

U肋加劲板焊接残余应力数值模拟分析

通过数值模拟和实验方法对U 肋加劲板焊接残余应力进行了估算和分析,建立了三维热弹塑性有限元模型,采用生死单元法模拟焊缝填充和焊接热输入过程,实现了整个焊接过程中的动态应力和变形变化,得到了U肋加劲板的焊接温度场和应力场,分析了U 肋加劲板的焊接残余应力分布,并与残余应力测试试验结果比较.结果显示:U 肋加劲板近焊缝区残余拉应力达到材料屈服强度,母板远离焊缝区残余压应力平均值约为材料屈服强度的0.2 倍,其分布趋势与实验测试得到的残余应力分布比较接近,证明了所采用的焊接数值模拟方法的正确性.     

Ti2AlNb合金工程成形技术

Ti2AlNb是一种具有低密度、较好强塑性匹配(23~650 ℃)和高温疲劳性能优异的航空航天材料,近30年来受到了广泛关注,尤其是国内研究人员围绕Ti2AlNb合金的工程化研究开展了大量工作。受限于Ti2AlNb金属间化合物的本征脆性和缺口敏感性,目前仍难找到稳定、高效和经济的Ti2AlNb复杂构件成形技术。接近工程化应用的成形技术主要包括热变形和粉末热等静压成形,面向工程应用的成形技术难题在于如何改善Ti2AlNb合金的均匀性。     

钛合金平板电子束焊接残余应力的小孔法测量

采用小孔法对TC11平板真空电子束焊接接头的残余应力进行了测量,结果发现,其残余应力为以纵向残余应力为主的单向拉伸应力状态,横向残余应力数值较小,同时还将测量结果与有限元结果进行对比分析,证明了有限元模型的合理性和可靠性。     

考虑相变的铝合金管焊接残余应力数值模拟

以铝合金薄壁管的对接接头为研究对象,根据实际情况建立了其热-冶金-力学耦合的三维有限元模型,运用SY-SWELD软件在考虑相变情况下对其焊接过程温度场与轴向和环向残余应力分布进行数值计算与分析,与实验结果进行对比验证了该模型的准确性。此外,还分析了铝合金管半径变化对残余应力分布的影响规律。结果表明:相变对轴向最大拉应力与环向最大拉应力和压应力都有明显的影响,且考虑相变能更准确地模拟轴向和环向残余应力;在考虑相变情况下,焊接残余应力随半径的增大而增加;并且在不同的半径条件下,距焊缝中心不同距离上的应力分布有着一致的变化趋势。     

铝锂合金电子束焊接数值模拟分析及工艺优化

采用组合热源模型对Al-Li合金电子束焊接温度场分布进行数值模拟分析,通过热-力耦合,模拟计算得到接头区域的残余应力分布.结果表明,Al-Li合金电子束焊接温度场沿焊接方向呈椭圆形分布,电子束热源中心的温度最高,其附近区域的等温线分布密集,随着与热源中心的距离增大,等温线分布逐渐稀疏,焊缝区存在较大的温度梯度,较好地模拟出了电子束焊缝的钉形分布特征.接头的残余应力分布模拟结果显示,残余应力主要集中于焊缝区,由于修饰焊的热作用,焊缝上部具有相对较大的应力值.利用模拟计算得到的结果进行焊接工艺及参数优化,焊接工艺试验表明,试验焊缝形貌与模拟熔池形貌相吻合,进一步验证了模拟计算结果的可靠性.     

铸造TC4钛合金电子束焊残余应力测试

对铸造TC4钛合金进行电子束焊接,使用X射线衍射法对焊后母材、热影响区以及焊缝的表面残余应力分布状况进行测试和分析。结果表明：垂直于焊缝方向的测试点上,焊缝及热影响区在横、纵两个方向上主要存在拉应力;剪切应力数值均在±50MPa范围内,可以认为对焊缝性能没有影响。沿焊缝长度方向的测试点上,无论横向应力还是纵向应力,焊缝起始端的应力值要低于焊缝终止端的应力值。纵向残余应力表现为拉应力,横向残余应力由压应力逐渐向拉应力方向转变。     

TC4钛合金激光焊接应力变形有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件,采用三维移动热源,对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形进行了数值模拟和实验研究.结果表明:钛合金激光焊接产生很大的纵向残余应力,而横向残余应力较小.激光焊接线能量增加时,纵向残余应力拉伸区域变宽,峰值应力降低;而横向残余应力随线能量的增加而升高.在临界焊透规范以上焊接时,随焊接线能量的增大,角变形随之而减小,而横向收缩变形增大.焊件被完全穿透时,线能量对角变形的影响作用降低.钛合金激光焊接变形和残余应力实验结果与数值计算结果吻合性较好.通过焊缝金相实验分析了焊接残余应力和变形与线能量的内在关系.     

Ti40阻燃钛合金电子束焊接头组织与力学性能

采用不同工艺参数对2 mm厚Ti40阻燃钛合金进行电子束焊接(EBW),通过金相分析、电子探针(EPMA)、室温拉伸以及显微硬度测试对Ti40阻燃钛合金电子束焊接接头的显微组织和力学性能进行分析.结果表明,焊缝中分布着晶粒内部有片层状组织析出的β柱状晶和少量等轴β晶粒,熔合线到焊缝中心晶粒逐渐细化,无明显热影响区.接头中易产生气孔、裂纹等缺陷,通过添加直线扫描波形能够有效地控制焊缝气孔缺陷,从而提高接头的强度.添加直线扫描波形电子束焊的Ti40阻燃钛合金的抗拉强度仍可达到917 MPa,断口呈现出脆性断裂与韧性断裂的混合特征,焊缝区的硬度高于母材,其最大值为376HV.     

深潜器用Ti80厚板电子束焊接接头组织性能研究

采用电子束焊接方法焊接深潜器用56 mm厚Ti80合金,并对焊接接头的组织结构和力学性能进行研究。结果表明,焊接接头成形良好,无缺陷;焊缝组织为马氏体α相和残余β相组成的网篮组织;熔合区界线明显,过热区十分窄;热影响区组织由初生α相、马氏体α相和β相组成;焊接接头各区域显微硬度值分布不均匀,由焊缝至母材显微硬度值逐渐下降;拉伸断裂发生在远离焊缝的母材处,接头抗拉强度为935.3 MPa,大于原始母材的911.8 MPa;焊缝冲击吸收功为36.3 J,由焊缝至母材冲击吸收功值逐渐增大,接头各区域冲击断裂方式均为韧性断裂。     

TA15/Ti2AlNb四层空心舵翼超塑成形/扩散连接工艺研究

目的 研究TA15/Ti2AlNb异种合金四层空心舵翼件成形/扩散连接工艺,获得合理的工艺参数,掌握塑性变形和扩散连接规律,推动异种合金轻量化中空结构件的应用。方法 采用MSC.Marc有限元仿真了TA15/Ti2AlNb异种合金四层空心舵翼超塑成形/扩散连接工艺过程,根据2种材料的高温变形规律优化出气压加载曲线,开展了空心舵翼的超塑成形/扩散连接实验研究,测试了舵翼的壁厚分布,分析了焊缝的金相组织。结果 成功制备了TA15芯板直立筋良好、三角区宽度仅1.1 mm的四层空心舵翼,面板最大减薄率为20.0%,芯板最大减薄率为54.2%,芯板与面板之间扩散连接区域的焊合率为46.8%～98.6%。结论 超塑成形/扩散连接工艺可制造TA15/Ti2AlNb异种合金空心结构,2种合金高温流动应力的显著差别避免了表面沟槽缺陷,但当整形压力和保压时间不足时,四层结构内各处扩散连接焊合率存在不稳定性。     

3D Finite Element Numerical Simulation of Residual Stresses on Electron Beam Welded BT20 Plates

A three-dimensional finite-element model (FEM) used for calculating electron beam (EB) welding temperature and stresses fields of thin plates of BT20 titanium has been developed in which the nonlinear thermophysical and thermo-mechanical properties of the material has been considered. The welding temperature field, the distributions of residual stresses in as-welded (AW) and electron beam local post-weld heat treatment (EBLPWHT) conditions have been successfully simulated. The results show that: (1) In the weld center, the maximum magnitude of residual tensile stresses of BT20 thin plates of Ti alloy is equal to 60%- 70% of its yield strength σs. (2) The residual tensile stresses in weld center can be even decreased after EBLPWHT and the longitudinal tensile stresses are decreased about 50% compared to joints in AW conditions. (3) The numerical calculating results of residual stresses by using FEM are basically in agreement with the experimental results. Combined with numerical calculating results, the     

高熵合金中间层对TiNi/TC4电子束焊接头组织及性能影响

目的 解决TiNi/TC4异种金属的焊接问题,扩大此2种金属的结合应用.方法 选用3 mm×40 mm×0.5 mm的FeCoCrNiMn高熵合金薄片作为中间层,采用电子束焊接方法焊接TiNi/TC4.对形成的接头进行宏观分析,采用电子显微镜以及X射线衍射仪对其微观组织进行表征;通过拉伸和硬度测试,分析该接头的力学性能.结果 接头宏观成形存在裂纹缺陷,观察微观组织发现,在焊接接头中只形成了AlTi3相和Ni0.35Al0.30Ti0.35相,没有形成Ti2Ni相.接头的抗拉强度为81.8 MPa,伸长率为4.38％,平均显微硬度为HV661,断口呈脆性断裂特征.结论 将高熵合金作为中间层焊接TiNi/TC4是一种有效的方法,可以成功实现异种金属的焊接,中间层的存在可以有效调控焊缝中的析出相种类.     

微量B元素对铸造Ti2AlNb合金组织与力学性能的影响

目的 研究微量B元素对铸造Ti2AlNb合金组织和力学性能的影响,优选出适合铸造工艺的Ti2AlNb合金成分,为推进铸造Ti2AlNb合金的应用提供理论和数据支撑。方法 以Ti–22Al–25Nb(原子数分数,下同)、Ti–22Al–24Nb–0.1B、Ti–22Al–24Nb–0.2B合金为研究对象,采用光学显微镜、扫描电镜研究不同B含量合金铸态、热等静压态的宏、微观组织及析出相形态。采用XRD分析合金的物相组成,室温拉伸性能测试评价力学性能,通过扫描电镜观察拉伸断口,分析微量B元素对力学性能产生影响的原因。结果 添加微量B元素可以明显细化Ti–22Al–25Nb合金的晶粒尺寸,随着B元素原子数分数增加至0.2%,晶粒尺寸由958 μm减小至548 μm。B元素在合金中主要以固溶态、TiB和TiB2针片状析出相形式存在,随着B含量的增加,硼化物长度和厚度尺寸略微增加、体积分数由0.3%增加至0.8%。0.1B合金的室温屈服强度、抗拉强度和伸长率与原合金水平相当,0.2B合金的屈服强度提升,但其抗拉强度和伸长率均降低。断口分析显示,0.2B合金塑性降低是硼化物增多、集中分布引起脆性断裂所致。结论 综合B元素对流动性的改善效果,优选出适合铸造工艺的合金成分为Ti–22Al–24Nb–0.1B。