隨焊沖擊旋轉(zhuǎn)擠壓法控制TC4薄板失穩(wěn)變形機(jī)理研究.pdf

1、鈦合金薄壁焊接結(jié)構(gòu)因比強(qiáng)度高，中溫強(qiáng)度好，可有效提高結(jié)構(gòu)的載荷系數(shù)等優(yōu)點在航空、航天等工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用，但其焊接后存在較大的殘余應(yīng)力和失穩(wěn)變形。本論文主要應(yīng)用隨焊沖擊旋轉(zhuǎn)擠壓技術(shù)針對尺寸為200mm×100mm×1mm的TC4鈦合金薄板 TIG焊接的殘余應(yīng)力演變行為和失穩(wěn)變形控制進(jìn)行研究。
　　首先研究了薄板失穩(wěn)的條件，確定了薄板臨界失穩(wěn)壓應(yīng)力，之后對隨焊沖擊旋轉(zhuǎn)擠壓法控制 TC4薄板失穩(wěn)變形進(jìn)行了試驗研究，最后分析了隨焊

2、沖擊旋轉(zhuǎn)擠壓法控制TC4薄板失穩(wěn)變形的機(jī)理。
　　利用有限元熱屈曲分析，求得焊接薄板的臨界失穩(wěn)壓應(yīng)力，這種方法得到的臨界失穩(wěn)壓應(yīng)力值較直接施加壓力得到的臨界失穩(wěn)壓應(yīng)力較小，表明鈦合金薄壁焊接結(jié)構(gòu)因焊接殘余應(yīng)力的存在而更易于發(fā)生失穩(wěn)變形。利用Abaqus有限元軟件模擬得到 TC4薄板常規(guī) TIG焊接后失穩(wěn)變形的撓度為14.35mm，而實際焊接的撓度平均為14mm。
　　對本文所用TC4薄板進(jìn)行隨焊沖擊旋轉(zhuǎn)擠壓試驗，確定最佳工藝

3、參數(shù)為：電錘沖擊電壓180V，沖擊旋轉(zhuǎn)擠壓位置取在焊槍后方75mm處左右，失穩(wěn)變形控制在2mm以下。與焊后沖擊旋轉(zhuǎn)擠壓法對比，發(fā)現(xiàn)焊后沖擊旋轉(zhuǎn)擠壓法的失穩(wěn)變形僅能控制在5mm左右。對隨焊沖擊旋轉(zhuǎn)擠壓試件進(jìn)行拉伸、金相、斷口、殘余應(yīng)力測量試驗，結(jié)果表明隨焊沖擊旋轉(zhuǎn)擠壓試件的接頭性能與常規(guī)試件的性能相比沒有降低，而焊后兩側(cè)殘余壓應(yīng)力得到了大幅降低，均不超過27MPa，焊縫中心的殘余拉應(yīng)力甚至轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力。
　　隨焊沖擊旋轉(zhuǎn)擠壓法通過沖

4、擊旋轉(zhuǎn)擠壓產(chǎn)生的作用力與焊接熱應(yīng)力耦合使焊縫更容易發(fā)生塑性變形，而且由于沖擊作用區(qū)域溫度較高，材料的屈服強(qiáng)度大幅降低，兩者相互影響，共同作用，起到了控制焊接殘余應(yīng)力和失穩(wěn)變形的目的。利用有限元模擬的方法，確定了沖擊作用區(qū)域的最佳溫度區(qū)間位于卸載區(qū)內(nèi)600～700℃的位置，在此溫度區(qū)間內(nèi)，沖擊旋轉(zhuǎn)擠壓產(chǎn)生的作用力與熱應(yīng)力耦合可以產(chǎn)生更多的塑性變形，而且由于溫差小，冷卻后形成的殘余應(yīng)力也大幅減小。對于TC4薄板的TIG焊接來說，沖擊桿距離焊