基于FEM的鈦合金不等厚壁矩形管封焊工藝研究.pdf

1、鈦合金矩形管不僅具有矩形管能量吸收方面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),而且鈦合金重量輕,耐腐蝕能力強(qiáng)。實(shí)際使用中,單純依靠經(jīng)驗(yàn)很難制定合理的矩形管封焊焊接順序和工藝措施。本文按照“理論-試驗(yàn)-模擬-生產(chǎn)”模式,針對(duì)不等厚壁TC4矩形管封焊問(wèn)題展開了研究。
　　 首先,根據(jù)矩形管結(jié)構(gòu)的焊接性特點(diǎn),設(shè)計(jì)了鈦合金厚板單面TIG焊工藝,針對(duì)與矩形管壁厚相同的兩種厚板進(jìn)行了手工TIG焊試驗(yàn),得到了外觀和力學(xué)性能良好的焊接接頭。同時(shí)設(shè)計(jì)了焊接熱循環(huán)采集系統(tǒng),在

2、試驗(yàn)過(guò)程中實(shí)測(cè)到了焊接熱影響區(qū)的熱循環(huán)曲線。
　　 在厚板試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了鈦合金厚板單面TIG焊溫度場(chǎng)模擬,采用生死單元技術(shù)實(shí)現(xiàn)了填絲過(guò)程,采用并行計(jì)算技術(shù)提高了計(jì)算效率。得到的鈦合金熔池長(zhǎng)寬比較大,符合鈦合金熱導(dǎo)率低的特性。經(jīng)熔池邊界準(zhǔn)則和熱循環(huán)曲線對(duì)比,結(jié)果表明試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果吻合良好,在厚度方向上具有挖掘作用的雙橢球熱源能很好的體現(xiàn)TIG焊厚板的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,提出了多層多道焊溫度場(chǎng)模擬的要點(diǎn)。
　　 進(jìn)一

3、步根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況,對(duì)不等厚壁矩形管多層多道封焊的典型焊接順序和工藝方案進(jìn)行了模型簡(jiǎn)化和提取,通過(guò)FEM模擬得到了不同條件下的溫度場(chǎng)和應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng),并進(jìn)行了相應(yīng)的分析和規(guī)律總結(jié)。矩形管焊后焊縫整體向內(nèi)收縮,產(chǎn)生環(huán)焊縫束腰,轉(zhuǎn)角處承受多次熱循環(huán)發(fā)生翹曲。認(rèn)為矩形管焊前必須點(diǎn)固,在不考慮施焊難度下,點(diǎn)固距離較均勻的方案較優(yōu)；從中性軸兩邊焊縫開始施焊的焊接順序,變形較小；內(nèi)置定位芯是減小焊接變形的一種方法,但拘束度增大會(huì)使殘余應(yīng)力增大。