鋁合金焊接技術

1、鈦合金焊接技術日期：08121009:00:09作者：鮮雪強川航機務部由于鈦合金低重量、強度高、耐腐蝕性優(yōu)異，又具有與先進復合材料在熱學、電化學方面的相容性，一直是航空、宇航工業(yè)上應用的重要結構材料。焊接作為鈦合金加工中的重要手段，在提高材料利用率、減輕結構重量、降低成本等方面有獨特的優(yōu)勢，因此有必要研究飛機結構修理中的鈦合金焊接技術。關鍵詞：焊接、疲勞性能、殘余應力、疲勞壽命一、鈦合金焊接的重要性一、鈦合金焊接的重要性疲勞斷裂是材料在

2、交變載荷（或應力）作用下發(fā)生的破損斷裂。國內外研究表明，飛機結構疲勞破壞是飛機主要破壞形式。早期設計的飛機只考慮靜強度問題，直到上個世紀五十年代，隨著航空事業(yè)的不斷發(fā)展，飛機性能不斷提高，飛機的使用要求不斷嚴格，飛機在使用過程中疲勞破壞與安全可靠性之間的矛盾逐漸暴露出來。焊接是一種運用（多種情況下為局部）加熱或加壓手段、添加或不添加填充材料將構件不可拆卸的連接在一起，或在基材表面堆敷覆蓋層的加工工藝。焊接技術廣泛的應用于國民經(jīng)濟的各個部

3、門，如機械工程、橋梁工程、壓力容器船舶工程、航空航天等領域。焊接結構在現(xiàn)代工業(yè)中應用越來越廣泛，無論是在航天領域還是在一般的工程領域，無論是小部件還是大型結構，都在不斷擴大焊接結構的比重。例如，飛機中央翼焊接下壁板是關鍵承力構件，承受機翼傳來的彎矩、扭矩、剪力和油箱壓力的作用；在國外第四代戰(zhàn)斗機中鈦合金含量已達到40%左右。而對于鈦合金焊接結構疲勞特性與壽命評估技術的研究則是為實現(xiàn)鈦合金結構在先進飛機上的合理使用，所必不可少的前提條件之

4、一。二、焊接區(qū)域材料性能的確定二、焊接區(qū)域材料性能的確定焊接接頭由焊縫、熱影響區(qū)、母材組成，是一種非均質材料，各向異性。熱影響區(qū)是焊縫到母材的過渡區(qū)域，其材料性能也介于焊縫和母材之間。當前焊接件疲勞性能的評估方法基于經(jīng)驗和結構特征，即根據(jù)不同的焊接結構幾何形狀和加載狀況，將焊接件進行分類。疲勞壽命用名義應力法進行評估，現(xiàn)階段對于名義應力的獲得，大都采用結構應力或熱點應力的方法，此種方法簡單的說就是通過焊趾附近距離焊趾不同長度處兩點的應力

5、值線性推廣得到熱點應力值。線性推廣的方法有很多種，在用此方法時應該注意：（1）一般用沒有偏移的理想的焊接接頭進行有限元分析，應該用最大主應力來表達熱點應力；（2）計算熱點應力時，單元網(wǎng)格應足夠精細，網(wǎng)格長度比不大于3。用20節(jié)點塊元時，單元大小為ttt（t為板厚），用8節(jié)點和4節(jié)點板殼元時，取tt和0.5t0.5t；（3）用板殼元的表面應力作為熱點應力。也有許多人采用由0.4t和1t處的應力值進行線性推廣的方法。熱點應力法在現(xiàn)階段得到了

6、廣泛的應用，非常適用于對某一類給定結構的焊接件進行評估，這種方法當然也有其局限性，那就是很難精確確定焊接結構的結構應力，計算結果經(jīng)常受到單元尺寸和載荷類型的影響。國外研究者G.Savaidis和M.Vmwald運用熱點應力法對客車底部焊接結構進行了數(shù)值模擬和試驗研究，研究表明國際焊接學會關于簡化焊接結構有限單元網(wǎng)格的方法具有足夠的精確度，熱點應力法計算結果表明失效一般發(fā)生在焊趾或熱影響區(qū)，與試驗結果完全吻合，同時作者也指出由于分析結果依

7、賴于熱點應力的定義方法，并不能將本文的研究結果推廣到一般的工程應用中去。國外研究者P.Dong提出了一種與單元大小無關的熱點應力定義方法，并用此方法對焊接接頭的疲勞性能進行數(shù)值了模擬取得了較好的結果。由于焊接接頭的特殊結構，我們也可以用斷裂力學的方法對焊接結構進行研究。一些研究者提出了假設半徑的方法，認為具有相同深度和圓角半徑的裂紋和缺口具有相同的疲勞極限，此種方法假設斷裂處缺口半徑為1mm，缺點是有限元模型的建立比較困難，假設半徑的引