TC4鈦合金飛機(jī)壁板激光焊接工藝及殘余應(yīng)力研究.pdf

1、鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好等優(yōu)良的特性，因此它廣泛應(yīng)用于航空航天制造領(lǐng)域。常用的鈦合金連接方法有鉚接和焊接兩種，相比而言，焊接具有減輕結(jié)構(gòu)重量，提高結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)點(diǎn)。而在眾多鈦合金焊接方法之中，激光焊接以其優(yōu)異的特性彌補(bǔ)了傳統(tǒng)焊接方式熱源發(fā)散、能量密度小、焊接速度低、接頭性能差及結(jié)構(gòu)變形量大的缺點(diǎn)，使焊縫成形更好、生產(chǎn)效率更高，同時(shí)變形量也更小，更符合工業(yè)生產(chǎn)的要求。本文采用YAG激光器對(duì)TC4鈦合金激光焊接工藝進(jìn)行了研究，

2、并制成了壁板模擬件，同時(shí)對(duì)接頭及模擬件的焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)試、分析和消除實(shí)驗(yàn)。對(duì)促進(jìn)壁板構(gòu)件工程應(yīng)用有著積極的作用。
　　本文通過(guò)對(duì)2mm厚TC4鈦合金薄板進(jìn)行激光焊接，分析了不同工藝參數(shù)下焊接接頭（包括對(duì)接接頭和T型接頭）的成型、內(nèi)外部質(zhì)量及顯微組織特性，并對(duì)其室溫下的靜力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。研究結(jié)果表明：對(duì)于對(duì)接接頭而言，當(dāng)功率一定時(shí)，焊接速度越小則焊縫兩面的熔寬越寬；較大的功率的激光焊接更有利于減少氣孔的產(chǎn)生；較大的焊接速度

3、會(huì)導(dǎo)致更小的熱影響區(qū)，有利于提高焊縫的質(zhì)量。對(duì)于T型接頭而言，功率一定時(shí)，較小的焊接速度導(dǎo)致較大的熔深，更有利于焊縫的融合；而送絲速度為3.5m/min時(shí)，熔深和焊腳高度最大，隨著送絲速度的增大和減小均會(huì)導(dǎo)致熔深和焊腳高度的減小。對(duì)接和T型接頭進(jìn)行微觀組織、顯微硬度和力學(xué)性能進(jìn)行分析和對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，接頭的顯微硬度、抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均要高于母材，但塑性比母材略低。這種情況主要是由于接頭各區(qū)域的顯微組織成分和分布不同所造成的。
　

4、　嘗試采用了機(jī)械應(yīng)變法以及在機(jī)械應(yīng)變法基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的圖像定位法分別對(duì)對(duì)接和T型接頭進(jìn)行了殘余應(yīng)力測(cè)試，并得到了較理想的結(jié)果，獲得了TC4鈦合金YAG激光焊接殘余應(yīng)力峰值及分布規(guī)律。發(fā)現(xiàn)了線能量對(duì)殘余應(yīng)力的影響，當(dāng)線能量較大時(shí)，其殘余應(yīng)力峰值也相應(yīng)較大且拉應(yīng)力區(qū)域較寬，當(dāng)線能量為70kJ/m時(shí)，殘余應(yīng)力達(dá)到了測(cè)量的峰值604.76MPa，約為母材屈服強(qiáng)度的2/3。
　　通過(guò)對(duì)比，選擇了適當(dāng)?shù)墓に囍瞥闪吮诎迥M件，并采用X射線衍射法