高溫合金環(huán)形件電子束焊接溫度場和變形的數(shù)值模擬.pdf

1、真空電子束焊接接頭成型質(zhì)量好、變形小,在航空航天、汽車等領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用,但是,用其焊接航空發(fā)動機機匣類環(huán)形薄壁件時,仍可能隨機出現(xiàn)焊接殘余變形,影響發(fā)動機的裝配及其使用性能。采用數(shù)值模擬技術(shù)優(yōu)化環(huán)形薄壁件的焊接工藝、控制焊接變形,具有重要的理論與實際意義。本文對 GH4169高溫合金環(huán)形件真空電子束焊接溫度場、應(yīng)力場及殘余變形進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。
　　本文根據(jù)電子束焊接熱作用的特點,采用了由高斯面熱源和拋物體熱源組合的復(fù)合熱

2、源模型。基于SYSWELD軟件平臺,采用FORTRAN語言對所建立的復(fù)合熱源模型進(jìn)行二次開發(fā),成功的實現(xiàn)了該熱源模型在 SYSWELD軟件中應(yīng)用。通過平板對接實驗獲得焊縫形貌,調(diào)節(jié)模擬熱源參數(shù),對一定工藝條件下的高溫合金環(huán)形件電子束焊接的溫度場、應(yīng)力場及殘余變形進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　數(shù)值模擬結(jié)果表明,采用復(fù)合熱源模型模擬獲得的焊接溫度場與實際情況相符,焊接熱循環(huán)曲線與電子束焊接的特點相吻合。環(huán)形件在各個方向上的殘余應(yīng)力的分布與位置

3、有關(guān),軸向應(yīng)力在焊縫附近表現(xiàn)為較大的壓應(yīng)力,在環(huán)形件端部應(yīng)力值趨近于零;縱向應(yīng)力在焊縫中心附近表現(xiàn)為較小的拉應(yīng)力,距焊縫中心較遠(yuǎn)處則為較大的壓應(yīng)力,在環(huán)形件端部則趨近于零;環(huán)形件焊縫中心表面厚度方向上的應(yīng)力比環(huán)形件內(nèi)部的低20MPa左右。通過對各個方向上的應(yīng)力分析可得出:焊縫中心附近區(qū)域的殘余應(yīng)力變化劇烈,而距焊縫中心較遠(yuǎn)區(qū)域的殘余應(yīng)力則變化較小,甚至趨近于零值,分布規(guī)律與理論比較符合。
　　分段退焊可減小焊接熱影響區(qū),進(jìn)而減小焊

4、接變形,故提出了采用分段退焊的方式以減少環(huán)形件電子束焊接變形。文中對比了兩種焊接方式下環(huán)形件的焊后變形情況,分段退焊與連續(xù)焊相比,環(huán)形件在各個方向上的位移變化均有所減小,其中環(huán)形件軸向變形的最大值從0.016mm減小到0.0134mm,下降了16.25％,而最小值由-0.11mm變?yōu)?0.08mm,數(shù)值上減小了27.27%;環(huán)形件的圓度由0.34%降低到0.25%,下降了26.47%,故對于圓度要求較高的環(huán)形件或其他側(cè)壁有焊道的圓形精密