基于FEM的鈦合金不等厚壁矩形管封焊工藝研究.pdf

1、鈦合金矩形管不僅具有矩形管能量吸收方面的結(jié)構(gòu)特點,而且鈦合金重量輕,耐腐蝕能力強。實際使用中,單純依靠經(jīng)驗很難制定合理的矩形管封焊焊接順序和工藝措施。本文按照“理論-試驗-模擬-生產(chǎn)”模式,針對不等厚壁TC4矩形管封焊問題展開了研究。
　　 首先,根據(jù)矩形管結(jié)構(gòu)的焊接性特點,設(shè)計了鈦合金厚板單面TIG焊工藝,針對與矩形管壁厚相同的兩種厚板進行了手工TIG焊試驗,得到了外觀和力學(xué)性能良好的焊接接頭。同時設(shè)計了焊接熱循環(huán)采集系統(tǒng),在

2、試驗過程中實測到了焊接熱影響區(qū)的熱循環(huán)曲線。
　　 在厚板試驗的基礎(chǔ)上,進行了鈦合金厚板單面TIG焊溫度場模擬,采用生死單元技術(shù)實現(xiàn)了填絲過程,采用并行計算技術(shù)提高了計算效率。得到的鈦合金熔池長寬比較大,符合鈦合金熱導(dǎo)率低的特性。經(jīng)熔池邊界準(zhǔn)則和熱循環(huán)曲線對比,結(jié)果表明試驗結(jié)果和模擬結(jié)果吻合良好,在厚度方向上具有挖掘作用的雙橢球熱源能很好的體現(xiàn)TIG焊厚板的特點。在此基礎(chǔ)上,提出了多層多道焊溫度場模擬的要點。
　　 進一

3、步根據(jù)企業(yè)實際情況,對不等厚壁矩形管多層多道封焊的典型焊接順序和工藝方案進行了模型簡化和提取,通過FEM模擬得到了不同條件下的溫度場和應(yīng)力應(yīng)變場,并進行了相應(yīng)的分析和規(guī)律總結(jié)。矩形管焊后焊縫整體向內(nèi)收縮,產(chǎn)生環(huán)焊縫束腰,轉(zhuǎn)角處承受多次熱循環(huán)發(fā)生翹曲。認為矩形管焊前必須點固,在不考慮施焊難度下,點固距離較均勻的方案較優(yōu)；從中性軸兩邊焊縫開始施焊的焊接順序,變形較?。粌?nèi)置定位芯是減小焊接變形的一種方法,但拘束度增大會使殘余應(yīng)力增大。