TA15鈦合金焊后局部激光熱處理的數(shù)值模擬及試驗研究.pdf

1、鈦合金的焊接結(jié)構(gòu)件在諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用,但在焊接過程中由于熔池和母材存在巨大溫度梯度,外加鈦合金本身導(dǎo)熱系數(shù)低,熱容量大,熔點高等特點,導(dǎo)致鈦合金焊接件接頭組織粗大,焊后殘余應(yīng)力較大并產(chǎn)生一定的變形。針對這一問題,本文選擇TA15鈦合金板材焊接件為研究對象,采用模擬結(jié)合實驗的研究方法,嘗試通過激光局部熱處理來達到降低應(yīng)力、減小變形的目的,并討論激光熱處理對焊接結(jié)構(gòu)組織的影響。
　　首先對焊接過程進行模擬,分析焊接溫度場及應(yīng)力

2、場。運用有限元分析軟件ABAQUS建立模型,使用隨溫度變化的材料參數(shù),考慮對流和輻射換熱,忽略應(yīng)力場對溫度場的影響,采用順序耦合的方法。焊接熱源模型選擇雙橢球熱源模型。得到現(xiàn)行模擬工藝下,焊接過程中熱源中心最高溫度約2600℃,降溫速度比升溫速度小;焊縫中心線處殘余應(yīng)力主要表現(xiàn)為縱向拉應(yīng)力,約870MPa,在熱影響區(qū),應(yīng)力值迅速下降,并表現(xiàn)為壓應(yīng)力,之后應(yīng)力值趨于平穩(wěn);引起的變形主要是面向焊接熱源的翹曲,自由端Y方向位移量為0.15mm

3、。
　　之后以焊接過程模擬結(jié)果作為初始狀態(tài),模擬焊后激光熱處理過程,考察激光熱處理對焊接殘余應(yīng)力及變形的影響。選用高斯熱源模型,在焊接的下表面進行加載。制定10組模擬激光工藝,受熱表面最高溫度在760～1580℃之間,均在熔點以下,非受熱表面的升降溫過程滯后于受熱表面,對加熱過程中相變區(qū)尺寸及形貌進行預(yù)測。P320D6V10和P450D6V20的工藝對焊接接頭的改善效果最好,可將受熱表面焊后縱向拉應(yīng)力從870MPa降低到600MP

4、a左右,自由端Y方向位移分別為-0.16mm和-0.17mm,基本矯正焊接變形。
　　最后對焊后局部激光熱處理進行實驗研究。在激光熱處理后,焊縫區(qū)原始魏氏組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織,從表面沿板厚方向馬氏體尺寸逐漸變的細小,母材區(qū)同樣呈現(xiàn)馬氏體組織特征,從表面沿板厚方向逐漸變細小。透射分析發(fā)現(xiàn)焊縫區(qū)原長而直的魏氏組織變?yōu)槌叽巛^小取向混亂的馬氏體組織,位錯密度也有所增加;激光處理后發(fā)現(xiàn)存在大量α′相和少量β相,α′相且尺寸差較大,某些大尺寸