本文關(guān)鍵詞：鈦合金激光搭接焊及數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 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,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(dòng)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)較大波動(dòng);(b)激光線能量相當(dāng)時(shí),焊透狀況下的殘余應(yīng)力比未焊透情況殘余應(yīng)力要大很多;(c)焊透狀況下,即使激光功率相同,焊接速度越大,焊縫中心的殘余應(yīng)力越大,即殘余應(yīng)力對焊接速度很敏感,而對激光功率不敏感。在激光功率為1500W,焊速為2.0m/min時(shí),通過對比模擬得到和實(shí)驗(yàn)測得的接頭中部的縱向殘余應(yīng)力分布,兩者趨勢一致,殘余應(yīng)力方向轉(zhuǎn)變的位置成比例相似,從而驗(yàn)證了模型的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：激光焊接 數(shù)值模擬 TC4鈦合金 溫度場 殘余應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TG456.7
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 鈦合金的焊接性分析10-11
• 1.2 激光焊接數(shù)值模擬的研究概況11-17
• 1.3 當(dāng)前存在的一些問題17-18
• 1.4 論文的主要工作18-19
• 2 TC4 鈦合金搭接接頭激光焊接實(shí)驗(yàn)19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)方法19-21
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析21-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 3 鈦合金搭接接頭激光焊接溫度場數(shù)值模擬29-48
• 3.1 激光深熔焊熱傳導(dǎo)理論概述29-32
• 3.2 溫度場計(jì)算模型32-38
• 3.3 溫度場模擬計(jì)算38-40
• 3.4 溫度場計(jì)算結(jié)果及分析40-46
• 3.5 溫度場模擬計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證46-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 4 TC4 搭接接頭激光焊應(yīng)力場數(shù)值模擬48-72
• 4.1 焊接應(yīng)力應(yīng)變理論概述48-53
• 4.2 焊接應(yīng)力場的計(jì)算53-58
• 4.3 加載計(jì)算及幾個(gè)重要問題58-61
• 4.4 應(yīng)力場計(jì)算結(jié)果及分析61-70
• 4.5 本章小結(jié)70-72
• 5 結(jié)論與展望72-74
• 致謝74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 附錄 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文79

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本文編號：315088