鈦合金電子束深熔焊熔池傳質(zhì)及釘尖缺陷研究.pdf

1、本文利用有限元軟件ANSYS對鈦合金電子束深熔焊熔池流動(dòng)進(jìn)行了模擬計(jì)算,采用元素示蹤法對熔池傳質(zhì)進(jìn)行了分析,采用X射線無損檢測、光學(xué)顯微鏡、SEM對TA15鈦合金電子束釘尖缺陷的產(chǎn)生機(jī)理、影響因素和控制措施進(jìn)行了研究。
　　ANSYS數(shù)值模擬結(jié)果表明,熔池表面的熔體始終在表面張力的作用下渦漩運(yùn)動(dòng)且存在著最大的速度,其速度最大可達(dá)0.295m/s。當(dāng)匙孔形成后,熔池內(nèi)部的熔體在金屬蒸汽反沖壓力的作用下由下向上運(yùn)動(dòng),在熔深方向上熔體速

2、度呈隨著熔深的增加速度降低的趨勢。在匙孔填充階段,熔池內(nèi)形成兩對流向相反地渦漩,熔體速度逐漸減小,當(dāng)匙孔填充完成后,只有熔池的表面熔體存在渦漩流動(dòng)。
　　W示蹤試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),W存在于整個(gè)焊縫橫截面,在熔深方向上W含量從預(yù)置層位置向兩側(cè)遞減,在熔寬方向上出現(xiàn)“分層”。電子束深熔焊熔池傳質(zhì)過程可以分為五個(gè)階段:a)匙孔形成初期、b)匙孔形成中期、c)匙孔形成后期、d)匙孔填充e)匙孔閉合。在電子束焊接熔池傳質(zhì)過程中,熔池的流動(dòng)傳質(zhì)對焊縫的

3、最終成分與分布起主導(dǎo)作用。
　　TA15鈦合金釘尖缺陷的形成機(jī)理為:熔池匙孔內(nèi)存在大量高蒸汽壓Al蒸汽,Al蒸汽阻礙流體填充匙孔根部;匙孔填充金屬由于速度太小以及匙孔根部太細(xì)小在未達(dá)到匙孔根部就發(fā)生了閉合,又因電子槍脈沖波動(dòng)導(dǎo)致焊接方向上熔深波動(dòng),在熔池根部形成了密閉的空腔,使熔池內(nèi)的金屬蒸汽不能逸出熔池,熔池根部快速凝固形成釘尖缺陷;下聚焦、低電流、高速度的焊接方式,采用復(fù)雜的掃描波形等均可以有效的減緩釘尖缺陷的程度和數(shù)量。