鈦-鋼異種金屬電子束焊接溫度場與應(yīng)力場模擬研究.pdf

1、采用ANSYS有限元分析軟件，建立了鈦/鋼對接接頭的有限元模型。在此基礎(chǔ)上，分別對鈦合金TA15與304不銹鋼直接對焊和預(yù)置填充層鈦/鋼電子束焊接兩種情況下的溫度場與應(yīng)力場進行了數(shù)值模擬。并通過實驗驗證了結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　首先對鈦合金 TA15與304不銹鋼直接對焊和預(yù)置填充層間接對焊兩種情況下的溫度場特征進行了模擬研究，二者溫度場特征基本保持一致，均為熔池較小，升溫速率快。而且兩側(cè)溫度場分布不對稱，同一時刻，兩側(cè)距焊縫相同距離

2、的節(jié)點達到的峰值溫度差距較大。對二者的溫度場結(jié)果進行了比較，發(fā)現(xiàn)添加填充層后，熔池的峰值溫度明顯降低，且兩側(cè)溫度梯度亦明顯減小，對接頭性能有利。為驗證結(jié)果的準(zhǔn)確性，對兩種接頭的熱循環(huán)曲線進行了測量，計算值與實測值吻合較好。
　　對不同填充層厚度、不同偏束位置熱作用下的預(yù)置填充層鈦/鋼電子束焊接的熔化特征進行研究。發(fā)現(xiàn)隨填充層厚度的增加，兩側(cè)熔寬減小，但鈦側(cè)熔寬始終比鋼側(cè)大，填充層厚度不宜超過0.7mm。隨著偏束位置向鋼側(cè)偏移，鈦側(cè)

3、熔寬減小，鋼側(cè)增大，但偏束位置應(yīng)控制在兩側(cè)金屬與填充層的結(jié)合面之間進行變化。
　　最后采用熱-結(jié)構(gòu)耦合分析的方法，對添加填充層前后接頭的應(yīng)力場進行了計算分析。發(fā)現(xiàn)添加填充層前后應(yīng)力場分布規(guī)律基本一致，焊縫區(qū)縱向殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力，橫向殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力，且應(yīng)力場分布不對稱，焊縫區(qū)縱向拉應(yīng)力主要位于焊縫偏鋼側(cè)。對二者殘余應(yīng)力結(jié)果進行對比發(fā)現(xiàn)，添加填充層后應(yīng)力峰值明顯減小，且應(yīng)力分布更為均勻。采用切條法對預(yù)置同填充層的鈦/鋼接頭縱向殘余應(yīng)