鈦合金激光搭接焊及數(shù)值模擬.pdf

1、本文主要進(jìn)行了TC4 鈦合金的搭接接頭激光焊接實(shí)驗(yàn)研究,并進(jìn)行了搭接接頭激光焊熱效應(yīng)的有限元數(shù)值模擬。在搭接接頭的激光焊實(shí)驗(yàn)中,分析了熔池的深度、表面寬度和結(jié)合面寬度隨焊接工藝參數(shù)的變化的規(guī)律，并分析了接頭微觀組織特征，同時(shí)分析了接頭區(qū)域的顯微硬度及性能，采用應(yīng)力釋放法測量了焊接接頭的縱向殘余應(yīng)力分布。 本文采用商用有限元程序ANSYS 對激光焊接熱效應(yīng)進(jìn)行了模擬。模擬工作主要由兩步組成：首先進(jìn)行了一個(gè)非線性瞬態(tài)熱傳導(dǎo)過程分析，

2、得到了搭接焊接頭的溫度場分布；然后在溫度場的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一個(gè)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的熱彈塑性力學(xué)分析，得到焊件上的殘余應(yīng)力分布。 激光深熔焊傳熱的本質(zhì)特征是小孔傳熱，并針對鈦合金薄板焊接，建立了一個(gè)新的組合熱源來模擬小孔傳熱，這個(gè)組合熱源的上部是一個(gè)雙橢球熱源，下部是一個(gè)高斯圓柱熱源。有限元模型中考慮了移動熱源、對流輻射、相變潛熱和隨溫度變化的材料熱物理性能。如穿透焊接情況下，熱源特征參數(shù)為：兩熱源的有效高度h1＝h2＝1.6mm、功率分配系

3、數(shù)為3:2，小孔橫向半徑為0.8mm時(shí)，通過對比各焊接工藝條件下熔池的表面寬度、搭接面寬度和熔深，模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測得值相差約10％，這樣驗(yàn)證了該熱源模型合適鈦合金的激光焊接溫度場模擬。在溫度場模擬的基礎(chǔ)上，計(jì)算獲得了搭接接頭上的三維應(yīng)力分布圖，分析了激光焊工藝參數(shù)對殘余應(yīng)力的影響，與理論分析基本一致。 模擬結(jié)果表明： （a）焊后殘余應(yīng)力的分布有著很明顯的邊界效應(yīng)，即焊接終了前存在一個(gè)低應(yīng)力區(qū)，在焊縫終端殘余應(yīng)力出現(xiàn)較大波