鈦合金薄板焊接結(jié)構(gòu)在新型飛行器制造中得到了日益廣泛的應(yīng)用,這是提高產(chǎn)品戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)性能、減輕自身重量和增加承載能力的主要途徑。但是鈦合金焊接應(yīng)力和變形問題十分突出,使其應(yīng)用范圍受到了一定限制。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,有限元軟件不斷應(yīng)用于焊接模擬領(lǐng)域,為各種工程問題的求解提供了強(qiáng)大的支持,并節(jié)省了大量的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用。利用有限元軟件對鈦合金薄板焊接過程的溫度場與應(yīng)力應(yīng)變場進(jìn)行模擬計算,并加入適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證,對于研究鈦合金焊接應(yīng)力及變形規(guī)律,優(yōu)化控制工藝參數(shù)和提高焊接質(zhì)量都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文在這一背景下,建立了TA15鈦合金TIG平板表面堆焊、T型接頭與某型飛機(jī)壁板填絲焊的三維有限元模型,對焊接過程進(jìn)行模擬分析。 對于平板結(jié)構(gòu),研究了熱源及其附近區(qū)域應(yīng)力分布規(guī)律,熱源作用的前方和焊縫熱影響區(qū)受壓應(yīng)力作用,熱源區(qū)域處于零力學(xué)狀態(tài),熱源作用的后方和遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域受拉應(yīng)力作用,在焊縫的熱影響區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了殘余應(yīng)力峰值。 對于T型接頭,研究了焊縫中部橫截面上各節(jié)點(diǎn)焊接過程應(yīng)力應(yīng)變變化趨勢,隨著熱源的臨近,焊縫金屬逐漸進(jìn)入塑性變形狀態(tài),熔池內(nèi)金屬有負(fù)的塑性應(yīng)變產(chǎn)生,當(dāng)熱源經(jīng)過后塑性變形區(qū)域有所擴(kuò)大,塑性應(yīng)變增加。焊接結(jié)束后,焊縫區(qū)域的縱向殘余應(yīng)力要明顯高于橫向殘余應(yīng)力,縱向殘余應(yīng)力峰值達(dá)到555MPa,低于鈦合金室溫時的屈服極限。利用切條法測量平板結(jié)構(gòu)與T型接頭焊縫中部橫截面上的縱向殘余應(yīng)力,測量結(jié)果與模擬結(jié)果相比均偏小,這與所采用的試驗(yàn)方法及有限元模擬過程中的模型簡化有關(guān)。 基于T型接頭焊接過程的模擬方法,對某型飛機(jī)TA15鈦合金壁板TIG焊過程的溫度場及應(yīng)力應(yīng)變場進(jìn)行模擬,根據(jù)企業(yè)的實(shí)際焊接情況,研究了不同焊接順序條件下焊后殘余應(yīng)力分布及變形特點(diǎn),為優(yōu)化焊接工藝提供理論指導(dǎo),結(jié)果表明采用首尾焊接方法得到的焊縫縱向殘余應(yīng)力峰值較低,采用此種焊接順序加工實(shí)際構(gòu)件,可以為后續(xù)工藝的順利實(shí)施提供方便。
