7075铝合金真空电子束焊接残余应力场数值分析

针对7075铝合金中厚板真空电子束焊接过程，采用非线性有限元法，对焊接接头的残余应力分布进行了数值模拟。结果表明，沿焊缝方向，纵向残余应力均为拉应力，一般在焊缝中间处最大；沿垂直焊缝方向递减。焊缝上表面的横向残余应力多为压应力，沿焊缝方向呈递增趋势。垂直焊缝方向，焊板处的横向残余应力多在零值附近变动。焊缝处沿厚度方向残余应力变化不大。     

7075铝合金真空电子束焊接残余应力场数值分析

针对7075铝合金中厚板真空电子束焊接过程,采用非线性有限元法,对焊接接头的残余应力分布进行了数值模拟。结果表明,沿焊缝方向,纵向残余应力均为拉应力,一般在焊缝中间处最大;沿垂直焊缝方向递减。焊缝上表面的横向残余应力多为压应力,沿焊缝方向呈递增趋势。垂直焊缝方向,焊板处的横向残余应力多在零值附近变动。焊缝处沿厚度方向残余应力变化不大。     

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.     

AlSi12CuMgNi铝合金的真空电子束焊接接头组织及性能

将AlSi12CuMgNi铝合金挤压铸造的活塞顶圈和锻造的活塞裙进行真空电子束焊接,对优化工艺条件下焊接接头的微观组织和力学性能进行了研究。结果表明,接头成形良好,没有明显的热影响区,焊缝狭窄;焊缝区域主要由细小的α-Al相、α+Si共晶体、初晶硅以及Mg2Si等强化相组成;焊缝中心组织为细小的等轴晶和树枝晶;熔合区组织主要为柱状晶。接头强度不低于挤压铸造母材,焊缝硬度高于母材;焊接接头的拉伸断口断面上分布大量撕裂棱和解理面,呈脆性断裂特征。     

厚板钛合金电子束焊接残余应力分布特征

首先对50mm厚TA15钛合金平板分别采用堆焊和对焊两种方法进行电子束焊接,然后采用盲孔法测量了热处理和未热处理情况下焊接试件残余应力的分布情况.测量发现,对接焊和堆焊试件上表面纵向应力在焊缝和热影响区呈现较大的拉应力,且对接焊试件的纵向应力大于堆焊试件;上表面横向残余应力幅值较低,且整体呈现压应力分布.下表面的横纵应力整体上为压应力,且横纵应力的分布和大小非常接近.结果表明,热处理工艺造成各试板的横纵应力趋于一致,整个试板上的应力趋于均匀化,且堆焊试件的均匀化程度更明显.     

铝合金电子束焊接技术

铝合金因其良好的性能在航空航天、交通工具、机械制造等领获得了广泛应用,其焊接性限制了铝合金的进一步应用和发展.电子束焊因其熔透性高、接头性能优良等优点成为铝合金焊接的重要方法之一.简述了电子束焊接的基本原理和特点,综述了铝合金电子来焊在工艺、接头组织性能、接头缺陷预测和有限元数值模拟技术等方面的研究工作,展望了铝合金电...     

12 mm厚钛合金平板电子束焊接的数值模拟

采用ANSYS有限元分析软件,建立12 mm厚TC4钛合金平板电子束焊接温度场和应力场的三维有限元数值计算模型。模型采用圆锥体热源考虑电子束焊接时的小孔效应;材料的热学、力学性能参数随温度变化;相变和熔池内液体的对流散热通过比热和热导率的变化实现。计算结果表明：钛合金电子束焊接时,熔池呈典型的卵形分布。高值纵向残余拉应力集中分布在焊缝中心线两侧距焊缝中心线4 mm的区域内,平板内部出现接近材料屈服极限的局部三维残余拉应力状态。实验得到的焊缝宏观形貌和小孔释放法检测到的焊接残余应力对计算结果进行验证,实验结果和计算结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性。     

Residual stress in quenched 7075 aluminum alloy thick plates

1　INTRODUCTION70 75isoneoftheprecipitation hardenedalu minumalloysmainlyusedasplateandforgingsintheaerospaceindustry .Itshighstrengthisachievedthroughaquenchingoperationwherethematerialisrapidlycooledfromthesolutionheattreatmenttem perature(4 75℃ )toroomtemperature ,whichcancausetheadverseeffectofintroducingresidualstress ,leavingthematerialunsuitableforfurthermachiningoperationsandforservice[13] .Residualstressinthequenchingoperationforaluminumalloysisusuallystudiedbynumericalprediction…     

钛合金与铌合金电子束焊温度场数值模拟

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.文中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,着重分析了钛合金(7715D)和铌合金(C-103)的焊接性,采用热源向铌一侧偏置的方法来保证焊接熔深的一致.最后得到了不同焊接热输入条件下钛合金与铌合金焊接过程中的最佳偏置距离.     

AZ91D镁合金真空电子束深熔焊接熔池气泡流数值模拟

针对AZ91D镁合金焊接熔池的气—液两相流系统,在质量守恒和动量守恒的基础上,建立了真空电子束焊接熔池二维气泡流数学模型,模拟计算了熔池中的气相分布、气泡流流动现象,分析了对空腔型缺陷形成、分布的实际影响.结果表明,完全穿透型焊缝熔池中的气体逸出可能性大大高于非穿透型焊缝,使其出现空腔型缺陷的几率在一定程度上低于非穿透型焊缝.典型空腔型缺陷的形成过程与电子束焊特有的深熔焊缝熔池中气泡流的流型及其流动特征有密切关系.较高的液相对流速度更有利于熔池中气体的逸出,从而使焊缝最终的含气率较低.     

TA12钛合金电子束焊接组织性能及残余应力分析

采用电子束焊接TA12钛合金薄板焊缝表面成形良好,焊缝区以马氏体组织为主,细小的稀土相呈均匀弥散分布状态;随着距焊缝距离的增加,稀土相尺寸逐渐增大,数量逐渐减少,并逐渐趋于球形,沿接头呈一定的规律性分布.小孔法残余应力测试结果表明,垂直于焊缝方向残余应力以纵向应力主,应力呈梯度分布,横向应力较低;焊缝区为纵向拉应力区,应力峰值低于其屈服强度,横向应力为较小的压应力;沿焊缝试板中心区(±20 mm范围内)焊接残余应力分布趋于稳定.     

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.     

镁合金真空电子束焊接匙孔热效应数值模拟

分析了镁合金真空电子束焊接过程中的匙孔热效应特征,针对真空电子束焊接工艺建立了适用于镁合金焊接的复合热源模型.考虑到焊接过程中存在的高温金属蒸气等离子体及真空电子束焊接"匙孔"深熔效应特征,模型由高斯面热源和圆锥体热源复合而成,利用高斯面热源功率分配系数和圆锥体热源功率分配系数的不同取值,模拟电子束焊接的不同聚焦状态,并得到电子束聚焦状态与散焦状态下的焊接温度场变化,进而通过计算得到聚焦状态变化下的匙孔形状和焊缝成形.结果表明,模拟结果与其具有较好的一致性.     

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.     

电子束焊接及局部热处理复合技术的数值分析

电子束焊接及局部热处理复合技术是一种多功能的电子束加工技术.文中以ANSYS有限元分析软件为平台,对2,6和12 mm厚的TC4钛合金平板电子束焊接和局部热处理时的温度场和应力场进行了数值模拟计算,详细分析了局部热处理对不同厚度钛合金平板电子束焊接温度场和残余应力场的影响规律.结果表明,在给定的计算条件下,2 mm厚TC4钛合金平板的电子束局部热处理效果最好,电子束局部热处理后上表面距焊缝中心线4 mm的区域内冷却速度基本一致,纵向残余拉应力最大值由780 MPa降低到560 MPa,减小幅度达到28%.     

焊缝形貌对电子束焊接残余应力分布的影响

将焊缝截面形状简化为等腰梯形,利用ANSYS软件,采用变步长方法,开展了TC4钛合金板焊接残余应力的数值模拟.利用梯形中位线长度来控制焊缝体积,梯形的腰与竖直方向的夹角来控制焊缝形状,研究了焊缝体积和形状对焊接残余应力分布和大小的影响.结果表明,在焊缝体积不变的情况下,最大等效残余应力随焊缝锥度的增大而增大,并在θ＞6...     

Numerical analysis on flow field of weld pool during deep penetration electron beam welding of titanium alloy

Flow field of weld pool during deep penetration electron beam welding of TA 15 titanium alloy was numerically and experimentally studied using a hybrid heat source of Gaussian surface heat source and rotational paraboloidal body heat source. And the formation mechanism of the weld pool flow field was analyzed. The results showed that the movement of the liquid metal in the top weld pool was the fiercest and weakened gradually in the middle and bottom of the weld pool. The maximum flow velocity of the liquid metal was about 0. 295 m/s in the top surface of weld pool. The primary driving forces of the movement of liquid metal in the weld pool were the recoil pressure of metal vapor and the surface tension.     

7A52铝合金电子束焊接参数及性能

对20mnrl厚7A52铝合金板材采用试件法进行电子束焊接,确定了焊接参数并对力学性能进行分析．结果表明,采用加速电压60kV,电子束流120mA,聚焦电流763mA,焊接速度800mm／min,可得到良好的焊缝表面．电子束流增大焊缝深宽比显著增加,聚焦电流微小的数值变化可引起焊缝形状突变．接头焊缝区晶粒细小均匀,抗拉强度为母材的87％,焊缝维氏硬度最低值为母材的61％,焊缝冲击韧度为母材的95．4％,表明了电子束接头的性能很高．     

电子束焊接铝合金焊缝表面成形表征量

基于图像传感方法,研究了铝合金电子束焊接过程特征区域LR(后长)和W(宽)的变化情况,通过分析LR和W的波动性与焊缝表面成形之间的对应关系,确定了电子束焊接铝合金焊缝表面成形表征量.结果表明,vRL(LR的变异系数)和vW(W的变异系数)均可表征焊缝表面成形.vRL是从焊接熔池运动变化的因变量角度进行表征,而vW是从焊接熔池运动变化的自变量角度实现表征,但二者的表征效果相同.     

焊接工艺对高铌Ti3Al合金电子束焊接接头显微组织和显微硬度的影响

利用OM,SEM,XRD,TEM和显微硬度等方法对电子束焊接Ti3Al 高铌金属间化合物接头区域的显微组织特征进行了分析.结果发现:焊缝区域组织主要为有序亚稳态残余β相(B2相),其结晶形态为胞状束晶,焊缝区域存在一定程度的层状偏析;热影响区晶粒长大明显,晶粒的多边化过程不充分;熔合区和热影响区的显微硬度显著高于母材,焊缝中心区在整个焊缝部分硬度最低.