TC4鈦合金板材超聲沖擊表面強(qiáng)化過程與電子束焊過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、鈦合金以其較高的比強(qiáng)度及優(yōu)異的耐腐蝕性能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、工程機(jī)械等行業(yè)。通過對(duì)零部件失效形式的研究發(fā)現(xiàn)，服役期間的機(jī)械零部件尤其是焊接構(gòu)件經(jīng)常因?yàn)榧?xì)小的裂紋而發(fā)生斷裂失效，而裂紋的萌生常常起源于零部件的表面，通過對(duì)零部件進(jìn)行表面處理，在金屬表面形成殘余壓應(yīng)力層，能夠抑制裂紋的萌生及擴(kuò)展。
　　通過對(duì) TC4鈦合金板材進(jìn)行超聲沖擊表面處理，用電化學(xué)腐蝕及 X射線衍射測(cè)應(yīng)力的方法，得到殘余應(yīng)力在深度方向的分布曲線；使

2、用有限元模擬軟件ABAQUS對(duì)沖擊過程進(jìn)行模擬，對(duì)模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明：劇烈的超聲沖擊會(huì)使 TC4鈦合金試樣發(fā)生塑性變形；在對(duì)試樣進(jìn)行電化學(xué)腐蝕的過程中，腐蝕電壓及電流、兩極間距、腐蝕時(shí)間、陰極和陽極初始表面的狀況、所選腐蝕液的化學(xué)成分的比例等因素會(huì)對(duì)電化學(xué)腐蝕造成影響。沖擊針與試樣表面的距離、Johnson-cook模型參數(shù)、沖擊時(shí)間及沖擊覆蓋率等因素會(huì)影響沖擊結(jié)果。在相同輸入頻率的情況下，不同的沖擊頭，試樣表面的間距

3、會(huì)對(duì)超聲沖擊結(jié)果造成影響，間距為0.5mm時(shí)得到最大殘余應(yīng)力值及最大殘余應(yīng)力深度值；在相同功率及間距的情況下，當(dāng)沖擊時(shí)間小于2.8×10-3s時(shí)，隨著沖擊時(shí)間的增加，殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)力深度明顯增加，當(dāng)沖擊時(shí)間大于2.8×10-3s時(shí)，隨著沖擊時(shí)間的增加，殘余應(yīng)力和深度增加較為緩慢；當(dāng)沖擊覆蓋率大于800％時(shí)，隨著覆蓋率的增加，得到的殘余應(yīng)力只在深度方向上有所增加，而試樣表面的殘余應(yīng)力值并不隨之增加。
　　對(duì)TC4鈦合金薄板進(jìn)行電子

4、束對(duì)接焊，使用白光3D掃描儀分別對(duì)焊前和焊后的薄板試樣進(jìn)行掃描，把掃描得到的點(diǎn)云通過逆向校核軟件 GEOMAGIC Control進(jìn)行處理，提取薄板試樣焊接前后的精確形狀，通過對(duì)形狀數(shù)據(jù)的分析得到焊件的焊接變形數(shù)據(jù)。利用取條法對(duì)焊后薄板上的殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，得出殘余應(yīng)力的分布趨勢(shì)，使用數(shù)值模擬軟件 ANSYS建立了薄板試樣3D有限元模型，并使用堆疊高斯熱源模擬電子束焊焊接熱源，進(jìn)行了變形情況及應(yīng)力場(chǎng)分析。
　　結(jié)果表明：焊后薄板的