TC4鈦合金-鋼復(fù)合激光焊接工藝研究.pdf

1、異種金屬之間的焊接由于物理化學(xué)性能差異以及焊接時(shí)容易生成金屬間化合物，往往存在著難度，是工業(yè)界一直重視的一個(gè)課題。而熱輸入量是影響異種金屬焊接接頭性能的重要因素之一。熱輸入量越小，熱源性質(zhì)控制可較為精確，焊接時(shí)熱影響區(qū)和熱膨脹量就越小，殘余應(yīng)力以及出現(xiàn)裂紋的可能性就越小，而傳統(tǒng)的熔化焊接方法一般熱輸入量都比較大，對(duì)熱源性質(zhì)的精確控制比較難，難以獲得良好性能的焊接接頭。激光焊接具有高能量密度、快速加熱和冷卻、焊縫深寬比大、熱影響區(qū)小以及熱

2、源可精確控制的特點(diǎn)，使得激光焊接成為焊接異種金屬較為理想的焊接方法。 TC4鈦合金與鋼的焊接結(jié)構(gòu)是應(yīng)用于航空工業(yè)的一種重要結(jié)構(gòu)。TC4和鋼之間的焊接屬于異種金屬焊接范疇。但TC4鈦合金和鋼焊接除一般異種金屬焊接時(shí)容易出現(xiàn)的問題外，還有其特殊的地方，這就需要對(duì)其焊接性進(jìn)行分析。 本文對(duì)TC4鈦合金和鋼異種金屬焊接性的研究是以鈦和鋼的焊接性為基礎(chǔ)的。指出焊接時(shí)要用氬氣作為保護(hù)氣體，同時(shí)在保證熔透的條件下，嚴(yán)格控制熱輸入量以及

3、熱影響區(qū)，防止金屬間化合物TiFe和TiFe<,2>的生成和晶粒過于粗大，從而提高接頭的塑性和強(qiáng)度。 金屬間化合物的生成和晶粒粗大與熱影響區(qū)溫度分布有關(guān)，同時(shí)還與激光焊接加熱和冷卻的速度之間相關(guān)。因此對(duì)激光焊接溫度場模擬十分有必要。本文提出了激光焊接TC4鈦合金和鋼熱源模型和高速移動(dòng)熱源解析式，對(duì)焊接過程進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相接近，說明模型反映了實(shí)際情況，可用于激光焊接異種金屬時(shí)的數(shù)值模擬。 本文應(yīng)用彈塑性理

4、論建立應(yīng)力應(yīng)變場數(shù)值模擬模型，預(yù)測焊接殘余應(yīng)力和應(yīng)變情況。由模擬結(jié)果看出，焊接時(shí)x方向存在著較大的變形，可用夾具壓緊焊接材料，防止變形。焊接后存在殘余應(yīng)力，可以減小熱輸入量，具體做法可以在保證焊接質(zhì)量的情況下，減小激光功率，或者增大焊接速度。 本文提出用WE和正交試驗(yàn)相結(jié)合的工藝優(yōu)化方案，可減少試驗(yàn)次數(shù)，使試驗(yàn)?zāi)康暮苊鞔_。同時(shí)分析各工藝參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量的影響，為調(diào)整各工藝參數(shù)做了理論性的指導(dǎo)。最后按工藝優(yōu)化路線進(jìn)行試驗(yàn)，得出最優(yōu)工