本文關(guān)鍵詞：大厚度TC4ELI鈦合金EBW質(zhì)量控制及球殼變形預測

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【摘要】：本文對60mm厚TC4ELI鈦合金平板進行電子束焊接,研究不同工藝參數(shù)對接頭成形、組織和力學性能的作用規(guī)律,同時針對大型鈦合金球殼電子束焊接過程中可能產(chǎn)生的缺陷制定了相應的控制及修復工藝,并基于有限元方法對TC4ELI鈦合金球殼赤道環(huán)焊縫電子束焊接的殘余應力及焊后變形進行預測。對于60mm厚TC4ELI鈦合金電子束焊接,達到一定焊接線能量后,焊縫可實現(xiàn)全熔透,橫截面呈“錐形”形貌,焊縫正反面成形良好。焊縫區(qū)由柱狀晶和等軸晶組成,晶內(nèi)為呈“網(wǎng)籃狀”分布的針狀α′馬氏體相;熱影響區(qū)包含α+β+α′三相,呈連續(xù)分布特點。熔深方向上,焊縫由上至下由于熱輸入逐漸降低,使得柱狀晶尺寸逐漸減小,晶內(nèi)α′相尺寸同樣變得細小。由于電子束焊接能量集中,熱輸入小,使得焊縫上部、下部及母材Ti、Al、V三種元素的含量基本相當。不同工藝參數(shù)下,接頭上中下三部分拉伸試樣均斷裂于母材,抗拉強度達到905MPa,斷口呈現(xiàn)微孔聚集型斷裂特征。對于未熔透焊縫,由于焊縫根部存在焊接缺陷,使該區(qū)域抗拉強度只有300MPa。全熔透焊縫室溫沖擊韌性平均值達到53.8J/cm2,與沿焊縫方向取樣的母材基本相當,表明電子束焊接對于大厚度TC4ELI鈦合金具有良好的加工性能。焊縫下部相對于上部側(cè)彎強度更高而彎曲角更小,采用較大直徑(7.5倍試樣厚度)的壓頭時,接頭可實現(xiàn)180°側(cè)彎。采用減小束流收束段下降梯度和120Hz電子束中頻掃描的方法,可有效控制焊縫表面收束坑缺陷及內(nèi)部氣孔缺陷。在合適的重熔工藝下,可有效地對咬邊、斷束坑、氣孔和冷隔等缺陷進行修復。修復后焊縫表面成形良好,焊縫區(qū)柱狀晶尺寸增大,接頭拉伸試樣仍斷裂于母材,焊縫區(qū)抗拉強度有所降低,但對接頭強度無不利影響。采用電子束焊接方法對焊接過程中產(chǎn)生的缺陷進行修復完全可行。焊接冷卻后,球殼焊縫位置由于焊接熱循環(huán)的作用表現(xiàn)為拉應力,最大橫向拉應力為750MPa,焊縫兩側(cè)出現(xiàn)較寬的壓應力區(qū)。焊縫及其附近區(qū)域發(fā)生收縮變形,最大變形量達到0.91mm,焊縫兩側(cè)區(qū)域發(fā)生膨脹變形。去應力退火熱處理后,球殼結(jié)構(gòu)等效殘余應力得到降低,同時,焊縫附近的焊后變形量也有所減小。這表明去應力退火熱處理能夠有效降低球殼的殘余應力和焊后變形,提高其使用性能。
【關(guān)鍵詞】：TC4ELI鈦合金 電子束焊接 組織性能 缺陷修復 焊接變形
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG456.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題研究的背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 鈦合金的焊接性11-12
• 1.2.2 鈦合金電子束焊接研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 焊接缺陷的重熔修復研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 試驗材料、設(shè)備及方法17-22
• 2.1 試驗材料17
• 2.2 焊接設(shè)備與方法17-18
• 2.2.1 焊接設(shè)備17-18
• 2.2.2 焊接方法與過程18
• 2.3 分析測試方法18-22
• 2.3.1 接頭顯微組織觀察及成分分析18-19
• 2.3.2 接頭力學性能分析19-20
• 2.3.3 焊縫形貌及晶粒尺寸測量20-22
• 第3章 TC4ELI鈦合金EBW接頭組織性能分析22-43
• 3.1 引言22
• 3.2 焊接工藝參數(shù)22-23
• 3.3 不同工藝參數(shù)下接頭表面及橫截面形貌23-27
• 3.3.1 焊接束流的影響23-25
• 3.3.2 焊接速度的影響25-27
• 3.4 接頭組織結(jié)構(gòu)分析27-35
• 3.4.1 接頭宏觀形貌27
• 3.4.2 接頭顯微組織結(jié)構(gòu)27-30
• 3.4.3 焊縫厚度方向組織及成分均勻性分析30-33
• 3.4.4 工藝參數(shù)對焊縫顯微組織的影響33-35
• 3.5 接頭力學性能分析35-42
• 3.5.1 抗拉強度試驗35-38
• 3.5.2 室溫沖擊試驗38-40
• 3.5.3 顯微硬度試驗40-41
• 3.5.4 側(cè)面三點彎曲試驗41-42
• 3.6 小結(jié)42-43
• 第4章 大厚度TC4ELI鈦合金EBW缺陷控制及修復43-55
• 4.1 引言43
• 4.2 大厚度TC4 鈦合金電子束焊接常見缺陷43-44
• 4.3 大厚度鈦合金電子束焊接缺陷控制44-46
• 4.3.1 收束控制44-45
• 4.3.2 氣孔控制45-46
• 4.4 大厚度鈦合金電子束焊接缺陷修復46-53
• 4.4.1 咬邊缺陷修復46-47
• 4.4.2 斷束坑修復47-49
• 4.4.3 氣孔缺陷修復49-50
• 4.4.4 重熔修復對接頭成形、組織和力學性能的影響50-53
• 4.5 小結(jié)53-55
• 第5章 大厚度TC4ELI鈦合金球殼EBW變形預測55-70
• 5.1 引言55
• 5.2 電子束深熔焊接模型建立55-58
• 5.2.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分55-56
• 5.2.2 熱源模型的建立56
• 5.2.3 初始條件及邊界條件56-57
• 5.2.4 材料參數(shù)的處理57-58
• 5.3 大厚度鈦合金電子束焊接數(shù)值模擬可靠性58-60
• 5.3.1 模擬工藝參數(shù)58
• 5.3.2 模擬可靠性驗證58-60
• 5.4 鈦合金球殼體電子束焊接溫度場與應力場分析60-65
• 5.4.1 模擬工藝參數(shù)60
• 5.4.2 溫度場分析60-62
• 5.4.3 應力場分析62-65
• 5.5 鈦合金球殼體電子束焊接變形預測及控制65-69
• 5.5.1 變形預測65-66
• 5.5.2 變形控制66-69
• 5.6 小結(jié)69-70
• 結(jié)論70-71
• 參考文獻71-76
• 致謝76

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 劉瑩,曲周德,王本賢;鈦合金TC4的研究開發(fā)與應用[J];兵器材料科學與工程;2005年01期

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3 胡美娟;劉金合;;12mm厚鈦合金平板電子束焊接的數(shù)值模擬[J];中國有色金屬學報;2007年10期

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中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 郭維;大厚度鈦合金電子束焊接熱作用有限元分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

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本文編號：707399