镁合金真空电子束深熔焊接及焊缝成形数值模拟

对10mmAZ61镁合金板材进行了真空电子束深熔焊接数值模拟研究.考虑到焊接过程中高温金属蒸气等离子体的热效应及真空电子束焊接\"匙孔\"深熔热效应特征,建立了高斯面热源与双椭球体热源复合的移动热源模型,采用数值模拟的方法研究了镁合金真空电子束焊接温度循环特征及不同焊接工艺对焊缝成形的影响.结果表明,建立的复合热源模型能够获得电子束深熔焊接的效果,并可模拟不同焊接工艺下的温度场分布与电子束热源作用下的焊缝成形,这也证明了该模型在AZ61镁合金电子束平板焊接的热效应模拟中有较好的适用性.     

BT20钛合金电子束焊接残余应力三维有限元数值模拟

研究钛合金电子束焊接构件残余应力的大小和分布,了解残余应力的形成机理,具有十分重要的理论和实际意义。作者利用ANSYS程序模拟了BT20钛合金电子束焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及焊接接头应力场的变化和残余应力的分布。计算结果表明,钛合金薄板焊缝中心残余拉应力的峰值达到焊缝金属屈服强度σn的60％-70％;焊后电子束局部热处理可以降低焊缝中心处的拉伸残余应力值,降低约50％左右;用所建模型计算得到的数值结果规律与实测的残余应力值基本一致。     

7075铝合金电子束焊接温度场数值模拟

针对航空航天业中应用较广的7075铝合金,采用ANSYS有限元软件,按照划分单元、逐次计算并逼近真实值的近似计算方法,对该合金电子束焊接的热过程进行了计算机数值模拟的可行性研究.结果表明,7075铝合金电子束焊接过程中焊接热输入较大,焊缝较窄,熔深大.通过验证,用有限元数值模拟方法得到的焊接及热处理温度场分布规律与实测温度值基本一致.     

高温合金电子束焊接温度场数值模拟

根据熔池边界准则应用有限元方法对高温合金电子束焊接温度场进行了数值模拟.通过线性插值、等效代换等方式估计材料高温参数,模拟材料状态变化.针对电子束焊接特有的钉头状焊缝及其穿透深度大的特点,采用高斯面热源与柱体热源组成的组合热源模型,对焊接温度场进行分析,模拟结果与实际焊缝取得了良好的一致.获得了一定工艺条件下高温合金电子束焊接温度场的分布特征及焊接过程热循环曲线,为优化电子束焊接工艺和电子束焊接残余应力研究提供了参考.     

镁合金电子束焊接温度场与流场的数值模拟

根据电子束深熔焊成形特点,采用高斯面热源与峰值热流递增的旋转体热源组成的组合热源模型对6.4mm厚AZ31镁合金电子束焊接熔池传热与流动进行了数值模拟.计算结果表明,焊缝呈典型的“钉子形”,深宽比较大.在熔池上表面,熔池边缘及热源中心附近的流速最小,最大流速位于热源前方某区域.通过对比模拟与实际熔池形状,验证了计算结果的合理性.     

AZ61镁合金真空电子束焊接温度场数值模拟

对板厚10 mm AZ61镁合金板材进行了真空电子束焊接数值模拟研究.利用有限元模型以及三维移动双椭球热源模型,采用数值模拟的方法研究了电子束流与焊接过程温度场及焊缝熔深之间的关系.结果表明,建立的模型能够获得电子束深熔型焊接的效果,模拟焊缝成形及焊缝区、热影响区温度场分布与试验焊缝成形及实际电子束焊接特点较为一致,这也证明了该模型在AZ61镁合金电子束平板对焊有限元模拟中有较好的适用性.     

Ti3Al基合金TLP扩散连接界面的组织演变

以Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni(质量分数,％)非晶箔带为中间层,研究了TLP扩散连接Ti-23Al-17Nb(质量分数,％)合金的界面组织演变过程.结果表明,Ti元素和Nb元素向中间层扩散而Ni,Cu和Zr元素向母材扩散驱动了界面组织演变;在扩散初始阶段即930℃,保温5 min时,界面已形成冶金结合;随保温时间延长至15 min,界面析出条形TiNi3(Cu,Zr)化合物,其随保温时间延长更加细小呈弥散分布;直至保温时间延长至120～ 200 min,界面组织转变为均一、粗大的针状魏氏组织.保温时间是影响TiNi3(Cu,Zr)化合物析出形态和分布的主要因素,控制保温时间可有效改变界面化合物状态,该方法是优化此类界面组织以提高接头强度的有效途径.     

Ti-Al系金属间化合物焊接技术研究现状

Ti-Al系金属间化合物作为航空发动机用最具潜力的轻质耐高温结构材料,具有低密度、低热膨胀率、高热导率及耐热温度高等特点,将可能替代现有钛合金、镍基高温合金材料成为航空发动机压气机低温或高温部件重要制造材料。简要介绍Ti-Al系金属间化合物的性能特点,概述了Ti_3Al、TiAl、Ti_2AlNb等典型Ti-Al系金属间化合物焊接技术的研究应用,最后总结和展望了Ti-Al系金属间化合物的高质量焊接技术及在航空发动机领域的应用。     

铝合金激光深熔焊接热过程有限元数值模拟

对铝合金5A06简体纵缝进行激光深熔焊接。采用旋转高斯体热源模型和ANSYS有限元分析软件对其进行了数值模拟。结果表明,用有限元数值模拟方法得到的焊接温度场分布规律与实测结果基本一致。     

空位缺陷影响Ti3Al涂层阻尼特性的仿真研究

阻尼涂层减振是解决航空发动机叶片断裂问题的有效方法之一。因此,准确模拟无机纳米涂层缺陷区域微观结构,揭示缺陷区域对涂层阻尼特性的影响,对航空发动机运转可靠性具有重大意义。利用分子动力学方法计算得出Ti₃Al涂层沿x方向拉伸时模型的应力和应变值,从而得到Ti₃Al涂层的应力-应变曲线。通过应力-应变曲线计算出不同缺陷率Ti₃Al涂层的韧性模量,对比韧性模量的大小,结果表明：缺陷率为0.3%的Ti₃Al涂层阻尼性能最好。对缺陷率为0.3%的Ti₃Al涂层微观结构进行模拟和分析,发现在拉伸过程中模型缺陷由空位演变为位错缺陷。     

焊后热处理对Ti3Al电子束焊缝组织形态的影响

通过对Ti3AlNb电子束焊接接头进行650 ℃/2 h和1 000 ℃/2 h的热处理,研究了两种热处理机制的电子束焊接Ti3AlNb电子束焊缝组织形态的影响.试验结果发现Ti3AlNb电子束焊缝中主要是B2相的柱状晶亚结构,不同的焊后热处理机制的焊缝组织形态差异较大.1 000 ℃/2 h热处理后焊缝为α2相和B2相相间的层片状组织(魏氏组织),650 ℃/2 h热处理后焊缝B2相晶界和晶内析出了少量小块状α2相.两种热处理机制都将使接头区域硬度分布趋于均匀化,但1 000 ℃热处理工艺会使接头区域硬度存在某种程度的整体软化现象.     

薄壁舱体构件电子束焊接变形模拟分析与优化

大型、多焊缝的薄壁类航天舱体构件在电子束焊接后,存在焊后变形校正难的问题,模拟计算可以预测变形趋势并优化焊接工艺以获得最小变形量。该文对铝合金航天用舱体结构进行了焊接过程的数值模拟,采用平板结构进行了有限元模型的建立与校核,对舱体结构进行了建模,研究了焊接顺序、焊接工艺参数对焊后最大变形量的影响及构件焊后变形趋势。结果表明,构件整体弯曲变形,优先焊接2条纵缝会导致较大的变形量,热输入越大,构件焊后变形量越大。在达到6 mm熔深时,采用高焊接速度35 mm/s及较小的功率5.4 kW可以获得最小的焊接变形,为0.35 mm。该文为薄壁大型舱体结构焊接工艺参数优化提供了依据。     

Ti2AlNb合金电子束熔透焊的数值模拟

采用热-弹-塑性有限元计算模拟了Ti2AlNb合金电子束焊的温度场和应力场。为了准确反映熔透型电子束焊接的特点,对旋转高斯曲面体热源模型进行了改进。研究结果表明:采用改进的热源模型能准确地模拟穿透型电子束焊焊缝横截面轮廓;残余应力的模拟结果与实验结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性;Ti2AlNb合金电子束焊后残余应力以纵向拉应力为主,且集中分布在距焊缝中心线3 mm的区域内;横向残余应力在表面附近区域呈压应力,内部呈拉应力,表面横向压应力是由焊缝纵向和厚度方向的收缩导致的;焊缝内部出现三向拉应力的状态。     

多束流电子束焊接对Ti6Al4V钛合金薄板变形的影响

多束流电子束焊是一种能够同时产生多个电子束流作为焊接热源的电子束焊接新技术,能够有效的减小焊接应力和变形。为了减小Ti6Al4V钛合金薄板焊接变形,本文提出了一种新型的多束流电子束焊接技术,除了熔化金属的主束流外,还包括两个对称分布的辅助束流用来焊后加热。分别用传统电子束焊和多束流电子束焊对1 mm厚的Ti6Al4V钛合金薄板进行焊接试验,试验表明,通过调节两个辅助束流的位置和能量分布,多束流电子束焊能够有效减小钛合金薄板的焊接变形。     

钛合金(TC4)电子束焊接模拟

通过工艺试验,获得了9 mm厚TC4电子束焊接最佳工艺参数;利用有限元软件ABAQUS建立模型.结果表明,模拟焊缝形貌和表面残余应力结果与实测结果具有非常高的一致性,说明了穿透性强的圆锥热源和辐射性强的双椭球热源组成的复合热源能够有效地反应出电子束焊接特点,证明了有限元模型的正确性;进而对模拟结果进一步分析,得到焊缝周围存在较高残余应力,尤其是在焊件内部存在危险的三维拉伸应力状态.     

GH4169合金连续驱动摩擦焊接过程三维数值模拟

在考虑摩擦面上环向摩擦力对摩擦焊接过程影响的基础上,建立了连续驱动摩擦焊接过程的三维刚塑性热力耦合有限元模型。计算了GH4169合金棒材连续驱动摩擦焊接过程中的瞬态温度场、应力场及变形场,预测了焊件轴向缩短量。采用热电偶测温技术对摩擦焊接头外表面焊接过程的温度变化进行了实时测量,并测量了飞边形状和轴向缩短量。结果表明,摩擦焊接头的温度场、飞边形状和轴向缩短量的计算结果和实验结果吻合较好。模型有助于制定合理的焊接工艺规范。     

Effects of welding parameters on weld shape and residual stresses in electron beam welded Ti2AlNb alloy joints

In order to estimate the residual stresses in Ti₂AlNb alloy jointed by electron beam welding (EBW), a computational approach based on finite element method was developed. Meanwhile, experiments were carried out to verify the numerical results. The comparison between the simulation results and measurements suggests that the developed computational approach has sufficient accuracy to predict the welding residual stress distributions. The results show that the central area of the fusion zone suffers tensile stresses in three directions. When the other parameters remain unchanged, the focus current has great impact on the weld shape and size, and then affects the residual stress level significantly. Moreover, the thick plate full-penetrated EBW weld suffers near 1000 MPa tensile stress of Z-direction in the center of the fusion zone. The wider weld has lower tensile stress in Z-direction, resulting in lower risk for cracking.     

数值计算模拟工艺参数对电子束焊接残余应力的影响

电子束焊接残余应力的实测需要花费大量成本,因此采用数值模拟其焊接残余应力的大小和分布具有重要意义.利用三维有限元分析程序,建立了TC4钛合金板电子束焊接温度场和残余应力场的有限元分析模型,着重分析了高压和中压两种工艺参数对其接头焊接残余应力的影响.旨在探讨不同工艺参数对电子束焊接过程的影响规律,从而优化工艺,降低成本.计算结果表明,采用中压参数焊接的电子束焊接接头残余应力的峰值比采用高压参数的接头残余应力峰值高;而且其残余应力分布更集中于焊接接头中段.     

Stellite31合金静叶片焊接残余应力的计算

采用热弹塑性有限元法,分析计算了Ｓｔｅｌｌｉｔｅ３１合金静叶片电子束焊接时焊接工艺对焊接残余应力的影响。结果表明,残余应力包括焊接本身产生的应力和由于构件约束限制焊接自由收缩而产生的约束应力。焊接方向和焊件的装夹方式对接头中的残余应力分布有较大的影响,焊缝两端附近的残余应力分布和焊接方向有关,起焊端附近焊缝中心是拉应力,崦在终焊端附近则产压应力。