焊接热过程和冶金过程

钛合金与铌合金是具有优良使用性能的两种合金材料，这两种材料被广泛用于航空、航天、核工业等重要领域。采用有限元分析软件ANSYS，对钛合金与铌合金电子束焊的温度场进行了模拟研究，利用双热源模型模拟电子束焊温度场，研究了异种金属焊接的建模方法、函数载荷的加载技巧，[第一段]     

低密度铌合金焊接性能的研究

采用真空电子束焊接方法,研究了低密度铌合金自身焊、与高强铌合金、高温钛合金等合金的焊接性能。 采用电子束流偏向高熔点合金一侧的焊接方式,针对不同合金,调整相应电流、焊接速度、偏置距离等参数,得到的焊接接头成形良好,抗拉强度优异。室温下自身焊、与Nb521及与TC4合金焊接系数均大于0.9,塑性均与基材保持一致;1100℃下,与Nb521合金焊接强度可达75.3MPa,基本与基材持平。     

BT5-1钛合金与C-103铌合金的真空电子束焊接工艺研究

基于BT5-1钛合金与C-103铌合金性能的分析和电子束焊接的特点，实现了BT5-1与C-103的电子束焊接。试验结果表明：选用合适的电子束焊接工艺规范连接的BT5-1与C-103的接头成形良好，没有产生裂纹等缺陷。占空比对焊接质量有重要影响。     

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.     

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。     

电子束焊接Ti-60高温钛合金的适用性

通过分析Ti-60高温钛合金电子束对接焊接头的微观组织和力学性能,以及焊后热处理对Ti - 60接头高温拉伸与持久性能的影响,研究了电子束焊接高温钛合金的适用性.采用所选择的电子束焊工艺焊接高温钛合金,焊缝成形好,表面缺陷少.分别进行了Ti -60焊接接头的室温、550℃高温拉伸力学性能检测,并且针对高温钛合金电子束焊接接头中易出现针状α '相的现象,采用双重热处理工艺,改善接头性能.结果表明:电子束焊接高温钛合金,焊接适用性好,焊后双重热处理方法能够有效减少焊缝中针状α'相的存在,使得高温钛合金接头的高温拉伸力学性能与持久性能显著提高.     

钛合金T形接头电子束焊接残余应力数值模拟

建立了钛合金T型接头电子束焊接温度场和应力场的数值计算模型,利用大型有限元软件MSC.Marc对焊接过程进行了数值模拟。模拟过程采用高斯面热源和椭球体热源叠加的组合型热源模型。对所得模拟结果,分别分析了三向残余应力在不同方向上的分布曲线,分析认为,纵向应力表现出较大的数值,最大值可达750 MPa。通过X射线衍射的方法测量了焊接试件的横向残余应力,并与数值模拟结果进行对比,结果显示二者符合良好。     

航空发动机机匣缩比件双电子束焊温度场及变形研究

中介机匣在焊接过程中极易发生变形,从而影响零件质量及装配过程.为减少焊接变形,通常采用电子束焊进行连接,但常规的单电子束焊依然无法解决变形量大的问题.基于SYSWELD软件,采用单电子束相隔180°焊接、双电子束相隔180°焊接、双电子束相隔90°焊接三种焊接顺序,并进行相应的温度场、应力场和焊接变形的模拟分析,分析三...     

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。     

TC4钛合金与Nb—W—Mo—Zr铌合金的真空电子束焊接工艺研究

采用真空电子束焊对TC4钛合金和Nb—W—Mo—Zr铌合金进行了成功焊接,焊接的基本工艺参数为：炉室真空度≤3．0×10^-2 Pa,枪室真空度≤1．5×10^-3 Pa,焊接电压56-60kv,束流20～25mA,工件的移动速度为550～600mm／min。用扫描电镜对焊接组织进行了观测,并作了X射线无损探伤。结果表明,热影响区和熔合区组织致密,焊缝熔透性好,无气孔。熔合区主要为胞状束凝固结构,基本无枝晶出现。X射线探伤结果得出,焊缝质量满足国家一级标准。焊接组件在室温下的力学性能为：Rm=595MPa,Rp0.2=482MPa,A=20％,Z=63％。     

因瓦合金TIG焊接温度场模拟分析

根据因瓦合金和45钢TIG焊接特点,建立几何模型并确定双椭球热源模式,利用ANSYS软件模拟不同板厚焊接过程中温度场变化,实现温度场与应力场的弱耦合,模拟焊接温度场分布再现温度场的大小及分布情况;利用不同的焊接工艺参数和被焊材料厚度进行了焊接试验,测定焊接过程中特定位置的变形情况,对比分析数值模拟与试验结果.结果表明,在电流132 A,电弧电压17.1 V,焊接速度4 mm/s,板厚1.88 mm的焊接工艺参数条件下可以实现因瓦合金的熔透性焊接,获得良好的焊接接头;利用有限元数值分析方法模拟了焊接工艺参数条件下的焊件温度场分布和熔透性,模拟结果与试验结果一致.     

铝合金激光焊接过程有限元模拟与分析

激光焊接铝合金过程非常复杂,针对铝合金激光焊接过程的实际情况建立了有限元模型,试图通过有限元模拟的方法揭示激光焊接过程的特点.建模过程中激光热源模型考虑了表面热源和体热源,分别反映等离子体的影响和激光束的作用.利用有限元模型分析了激光焊接过程中小孔的形成和长大过程,同时将模拟结果与试验结果进行比较,模拟出的焊缝宏观截面形状与试验结果表现出较好的一致性,证明所建立的有限元模型是合理的.有限元模型可以用来预测实际焊接过程中不同焊接工艺参数下焊缝的成形情况,可以为激光焊接工艺参数的选择提供理论指导和参考,更好地发挥铝合金激光焊接的优势.     

TC4钛合金压力容器电子束焊接模拟分析

文中采用旋转高斯曲面体热源模型,对一定工艺条件下航天压力容器TC4钛合金试件的焊接过程进行了温度场分析,获得了温度场的分布特征及垂直焊缝方向的温度分布曲线.结果表明,利用该规格试件确定的焊接参数规范能够满足实际产品焊接的要求,热影响区温度梯度的分布情况为内部装置的保护提供了依据;并通过对"匙孔"的演变过程和不同焊接参数下的特征尺寸进行模拟分析,获得了典型关系曲线,工艺试验与模拟结果吻合较好,为获得高质量要求的焊缝提供了参考.     

An investigation on microstructures and mechanical properties of explosive cladded C103 niobium alloy over C263 nimonic alloy

Futuristic aerospace applications such as advanced turbojet and scramjet engines used in subsonic, supersonic, and trans-atmospheric flights require materials with ever-increasing temperature and load bearing capabilities for improved performance. The materials C103 niobium alloy and C263 nimonic alloy are widely employed in the manufacturing of scramjet engine components. Efforts to join these two materials by fusion welding process have revealed that they are metallurgically incompatible due to the extreme propensity to form brittle intermetallics. The possibility of interdicting interlayer is explored to overcome the formulation of intermetallics and the attempts have not yielded fruitful results. Explosive welding/cladding is one of the possible ways to join these materials, as it is a solid state joining process.     

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.     

A6N01S-T5铝合金焊接软化行为及数值模拟

基于A6N01S-T5铝合金焊接接头显微硬度试验和微观组织分析,研究A6N01S-T5铝合金焊接接头软化特征,根据焊接接头不同区域的焊接温度及显微硬度,建立了A6N01S-T5铝合金软化模型.针对高速列车车顶焊接过程数值模拟,开发了基于平均温度曲线法的焊接快速数值模拟方法,并通过典型焊接接头试验验证.结果表明,平均温度曲线法可以替代移动热源进行焊接过程模拟.基于A6N01S-T5铝合金软化模型及平均温度曲线法,模拟高速列车车顶焊接过程,计算的车顶焊接变形与实测值比较吻合.     

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.     

钛合金线性摩擦焊接头形成机制

采用扫描电镜和透射电镜研究TC11同种及TC11与TC17异种钛合金接头微观组织,以探明线性摩擦焊接头形成机制.结果表明,同种钛合金线性摩擦焊接头形成过程与异种钛合金明显不同,这主要是由于二者产热行为不同所致.同种钛合金焊接时,刚开始阶段是以摩擦产热为主,界面形成金属键连接后界面金属的变形产热将占主导.异种钛合金焊接时,刚开始阶段也是以摩擦产热为主,而当界面形成金属键连接后TC11一侧金属的变形产热将是接头热输入的主要来源.随着热量向TC17一侧金属的传导,TC17将发生大变形,接头热输入以TC11与TC17的共同变形产热为主.     

NiCrFe耐蚀合金焊接性研究

NiCrFe耐蚀合金是未来高温、耐蚀设备制造首选材料之一。对UNS N08800耐蚀合金材料特点、焊接性进行分析,并采用焊条电弧焊的方法进行对接焊,通过组织观察、性能检测等方法得到相应工艺条件下的焊接接头性能,研究表明国产N08800钢种具有很好的焊接性,一定工艺条件下得到焊接接头性能指标等同于国外同类产品,焊接热影响区晶粒组织没有显著粗化,均为单一奥氏体组织,且焊接热影响区的宽度很窄,为此类钢种的焊接应用提供借鉴。     

激光-等离子弧复合焊温度场的数值模拟

利用峰值热流随深度衰减的高斯体热源与高斯面热源相结合的方法,建立了激光等离子弧复合焊三维运动热源模型,重点考虑了由热源间距引起的激光束与等离子弧之间相互作用对热源模型的影响.基于所建立的热源模型对2 mm厚1420铝锂合金板的激光等离子弧复合焊接温度场进行了有限元分析,得到了不同热源间距条件下焊接区域的温度场分布.结果表明,仿真结果与试验结果相符合,证明了该热源模型是反映了客观实际的.此工作对于激光电弧复合焊接传热及工艺研究具有指导意义.