大厚度TC4ELI鈦合金EBW質(zhì)量控制及球殼變形預(yù)測.pdf

1、本文對(duì)60mm厚TC4ELI鈦合金平板進(jìn)行電子束焊接，研究不同工藝參數(shù)對(duì)接頭成形、組織和力學(xué)性能的作用規(guī)律，同時(shí)針對(duì)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(yīng)的控制及修復(fù)工藝，并基于有限元方法對(duì)TC4ELI鈦合金球殼赤道環(huán)焊縫電子束焊接的殘余應(yīng)力及焊后變形進(jìn)行預(yù)測。
　　對(duì)于60mm厚TC4ELI鈦合金電子束焊接，達(dá)到一定焊接線能量后，焊縫可實(shí)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

2、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(diǎn)。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(xì)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(dāng)。
　　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(qiáng)度達(dá)到905MPa，斷口呈現(xiàn)微孔聚集型斷裂特征。對(duì)于未熔透焊縫，由于焊縫根部存在焊接

3、缺陷，使該區(qū)域抗拉強(qiáng)度只有300MPa。全熔透焊縫室溫沖擊韌性平均值達(dá)到53.8J/cm2，與沿焊縫方向取樣的母材基本相當(dāng)，表明電子束焊接對(duì)于大厚度TC4ELI鈦合金具有良好的加工性能。焊縫下部相對(duì)于上部側(cè)彎強(qiáng)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(shí)，接頭可實(shí)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

4、對(duì)咬邊、斷束坑、氣孔和冷隔等缺陷進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)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(qiáng)度有所降低，但對(duì)接頭強(qiáng)度無不利影響。采用電子束焊接方法對(duì)焊接過程中產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行修復(fù)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(yīng)力，最大橫向拉應(yīng)力為750MPa，焊縫兩側(cè)出現(xiàn)較寬的壓應(yīng)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(dá)到0.91mm，焊縫兩側(cè)區(qū)域發(fā)生膨脹變形。去應(yīng)力退