航空发动机环形件电子束焊接应力与变形有限元分析
发布时间：2020-12-12 08:19
电子束焊接技术因其能量密度高、焊缝质量好等特点,已经广泛地应用于航空发动机各部件的焊接过程。航空发动机结构复杂且对各部件精度和安全性能要求较高,焊接过程不可避免地会产生残余应力和变形,因此控制结构焊后残余应力并减小焊接变形成为了实际生产中关注的重点。本文以GH4169高温合金航空发动机环形件电子束焊接过程应力与变形为研究对象,采用数值模拟和试验研究相结合的方法,探索优化的焊接工艺及焊接顺序,提出相应的焊接工艺优化方案,以期为构件实际焊接过程提供理论支撑和借鉴意义。首先,开展了GH4169合金电子束焊接正交试验,通过分析不同焊接工艺参数下焊接接头的形貌特征、拉伸性能和显微硬度,得到了适用于环形件电子束焊接的优化参数,即加速电压60 kV,电子束流20 mA,焊接速度20 mm/s。进一步根据实际试验工况建立平板对接有限元模型,通过比较试验和模拟的焊缝横截面形貌,校核了双椭球热源和圆锥体热源相结合的组合热源模型,并将模拟得到的残余应力与试验测量值对比,结果吻合良好。其次,建立了航空发动机环形件电子束焊接有限元模型并对焊接过程中的应力和变形进行计算。结果表明,构件上残余应力较高的区域主要集中...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电子束焊接原理示意图
图 1.2 不同电子束流下的电子束焊接接头形貌[32](S-1) 18mA, (S-2) 36mA, (S-3) 56mA, (S-4) 72mA, (S-5) 90mANagesh 等[33]通过大量的金相试验研究了发动机高速柔性联轴器萌生的影响，同时采用有限元分析方法对三维裂纹的扩展进行为优化焊接工艺以及预防构件裂纹萌生和失效提供了建议，不纹如图 1.3 所示。2017 年，印度理工学院的 Sharma 等[34]研究
图 1.3 发动机柔性板上电子束焊接飞溅物和裂纹[33](a) 40X, (b) 250X受限于电子束焊接设备，国内电子束焊接技术的起步较晚。20 世纪 80 年代以后，位和大型企业通过引进国外先进焊接设备进行试验研究，使得国内的电子束焊接技起来。1994 年，北京航空工艺研究所的白韶军[35]采用双枪电子束焊接方法，对常用发动机和原子能反应堆内壁的镍基高温合金的焊接性进行了分析，并对同种材料及接的焊缝强度进行了测试和对比。1995 年，沈阳航空发动机研究所的韩录宽[36]从电艺过程出发，研究了航空发动机风扇盘组合件电子束焊接前后的机械加工工艺，并焊后质量检验要求，对电子束焊接在发动机制造中的广泛应用起到了推动作用。20航发的梁养民等[37]研究了航空发动机钛合金盘鼓类零件真空电子束焊接的工艺难点验讨论了控制焊接变形的措施、降低钛合金焊接气孔的方法以及构件焊接工序的优制定了合理的焊接工艺并成功应用到实际生产中。2014 年，沈阳黎明的张宏芳等[38]发动机中短轴零件真空电子束焊接的工艺过程，分析了裂纹、气孔等焊接缺陷的产生总结了调试电子束焊接设备和控制焊接工艺的方法，保证了零件的质量。2015 年，王伦等[39]介绍了电子束焊接技术在商用航空发动机转子部件的应用程度、接头形式要求以及焊缝检查标准等，为电子束焊接接头的设计提供了借鉴作用。2016 年，沈
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合热源模型在电子束焊接仿真中的应用[J]. 刘振飞,吴杰峰,刘志宏,马建国,夏小维,沈旭. 焊接技术. 2018(07)
[2]多束流电子束薄板焊接应力变形数值模拟[J]. 黄业文,刘方军,许海鹰,张伟,李平林. 焊接学报. 2018(03)
[3]真空电子束焊接技术应用研究现状[J]. 陈国庆,树西,柳峻鹏,张秉刚,冯吉才. 精密成形工程. 2018(01)
[4]束流偏移量对IC10/GH3039电子束焊接头成型及性能的影响[J]. 张子阳,王善林,柯黎明. 稀有金属. 2018(08)
[5]电子束焊接参数对高温合金小熔深焊缝形貌的影响[J]. 张明敏,胡玥,吴家云,李杲松. 热加工工艺. 2017(01)
[6]航空发动机异种材料薄壁管的电子束焊工艺[J]. 葛沁,刘娟娟,刘佳涛,赵伟. 焊接技术. 2016(12)
[7]焊接工艺在商用航空发动机中的应用[J]. 张露,韩秀峰,王伦. 焊接. 2016(08)
[8]航空发动机用短轴类零件焊接工艺研究[J]. 刘勇,葛沁,刘佳涛,张竹. 焊接技术. 2016(03)
[9]航空发动机先进焊接技术应用[J]. 曲伸,李英,倪建成,杨烁,周冠男. 航空制造技术. 2015(20)
[10]商用航空发动机盘轴类转动件焊接工艺分析[J]. 张露,韩秀峰,王伦. 航空制造技术. 2015(11)
博士论文
[1]航空发动机整体叶盘焊接变形的理论研究与虚拟优化[D]. 张学秋.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]航空发动机机匣焊接应力模拟与工艺优化[D]. 肖翰林.沈阳航空航天大学 2016
[2]无人机主燃烧室火焰筒焊接变形控制研究[D]. 董翠屏.哈尔滨工业大学 2015
[3]大型船体结构焊接变形热弹塑性有限元数值模拟方法研究[D]. 沈济超.上海交通大学 2015
[4]基于流场分析EBW温度场的模拟及检测[D]. 蔡强顺.哈尔滨工业大学 2013
[5]铝锂合金电子束焊接工艺及其接头组织与性能[D]. 俞旷.南京航空航天大学 2012
[6]整体叶盘电子束焊接残余应力和变形的虚拟优化[D]. 陈绪辉.哈尔滨工业大学 2009
[7]铝合金脉冲激光焊接研究[D]. 林冰华.西安理工大学 2009
[8]固体界面接触换热系数的实验研究[D]. 朱德才.大连理工大学 2007
[9]焊接残余应力的数值模拟及控制消除研究[D]. 赵锐.大连理工大学 2006
[10]12mm厚TC4钛合金板电子束焊接温度场应力场三维有限元数值模拟[D]. 胡美娟.西北工业大学 2005
本文编号：2912177
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电子束焊接原理示意图
图 1.2 不同电子束流下的电子束焊接接头形貌[32](S-1) 18mA, (S-2) 36mA, (S-3) 56mA, (S-4) 72mA, (S-5) 90mANagesh 等[33]通过大量的金相试验研究了发动机高速柔性联轴器萌生的影响，同时采用有限元分析方法对三维裂纹的扩展进行为优化焊接工艺以及预防构件裂纹萌生和失效提供了建议，不纹如图 1.3 所示。2017 年，印度理工学院的 Sharma 等[34]研究
图 1.3 发动机柔性板上电子束焊接飞溅物和裂纹[33](a) 40X, (b) 250X受限于电子束焊接设备，国内电子束焊接技术的起步较晚。20 世纪 80 年代以后，位和大型企业通过引进国外先进焊接设备进行试验研究，使得国内的电子束焊接技起来。1994 年，北京航空工艺研究所的白韶军[35]采用双枪电子束焊接方法，对常用发动机和原子能反应堆内壁的镍基高温合金的焊接性进行了分析，并对同种材料及接的焊缝强度进行了测试和对比。1995 年，沈阳航空发动机研究所的韩录宽[36]从电艺过程出发，研究了航空发动机风扇盘组合件电子束焊接前后的机械加工工艺，并焊后质量检验要求，对电子束焊接在发动机制造中的广泛应用起到了推动作用。20航发的梁养民等[37]研究了航空发动机钛合金盘鼓类零件真空电子束焊接的工艺难点验讨论了控制焊接变形的措施、降低钛合金焊接气孔的方法以及构件焊接工序的优制定了合理的焊接工艺并成功应用到实际生产中。2014 年，沈阳黎明的张宏芳等[38]发动机中短轴零件真空电子束焊接的工艺过程，分析了裂纹、气孔等焊接缺陷的产生总结了调试电子束焊接设备和控制焊接工艺的方法，保证了零件的质量。2015 年，王伦等[39]介绍了电子束焊接技术在商用航空发动机转子部件的应用程度、接头形式要求以及焊缝检查标准等，为电子束焊接接头的设计提供了借鉴作用。2016 年，沈
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合热源模型在电子束焊接仿真中的应用[J]. 刘振飞,吴杰峰,刘志宏,马建国,夏小维,沈旭. 焊接技术. 2018(07)
[2]多束流电子束薄板焊接应力变形数值模拟[J]. 黄业文,刘方军,许海鹰,张伟,李平林. 焊接学报. 2018(03)
[3]真空电子束焊接技术应用研究现状[J]. 陈国庆,树西,柳峻鹏,张秉刚,冯吉才. 精密成形工程. 2018(01)
[4]束流偏移量对IC10/GH3039电子束焊接头成型及性能的影响[J]. 张子阳,王善林,柯黎明. 稀有金属. 2018(08)
[5]电子束焊接参数对高温合金小熔深焊缝形貌的影响[J]. 张明敏,胡玥,吴家云,李杲松. 热加工工艺. 2017(01)
[6]航空发动机异种材料薄壁管的电子束焊工艺[J]. 葛沁,刘娟娟,刘佳涛,赵伟. 焊接技术. 2016(12)
[7]焊接工艺在商用航空发动机中的应用[J]. 张露,韩秀峰,王伦. 焊接. 2016(08)
[8]航空发动机用短轴类零件焊接工艺研究[J]. 刘勇,葛沁,刘佳涛,张竹. 焊接技术. 2016(03)
[9]航空发动机先进焊接技术应用[J]. 曲伸,李英,倪建成,杨烁,周冠男. 航空制造技术. 2015(20)
[10]商用航空发动机盘轴类转动件焊接工艺分析[J]. 张露,韩秀峰,王伦. 航空制造技术. 2015(11)
博士论文
[1]航空发动机整体叶盘焊接变形的理论研究与虚拟优化[D]. 张学秋.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]航空发动机机匣焊接应力模拟与工艺优化[D]. 肖翰林.沈阳航空航天大学 2016
[2]无人机主燃烧室火焰筒焊接变形控制研究[D]. 董翠屏.哈尔滨工业大学 2015
[3]大型船体结构焊接变形热弹塑性有限元数值模拟方法研究[D]. 沈济超.上海交通大学 2015
[4]基于流场分析EBW温度场的模拟及检测[D]. 蔡强顺.哈尔滨工业大学 2013
[5]铝锂合金电子束焊接工艺及其接头组织与性能[D]. 俞旷.南京航空航天大学 2012
[6]整体叶盘电子束焊接残余应力和变形的虚拟优化[D]. 陈绪辉.哈尔滨工业大学 2009
[7]铝合金脉冲激光焊接研究[D]. 林冰华.西安理工大学 2009
[8]固体界面接触换热系数的实验研究[D]. 朱德才.大连理工大学 2007
[9]焊接残余应力的数值模拟及控制消除研究[D]. 赵锐.大连理工大学 2006
[10]12mm厚TC4钛合金板电子束焊接温度场应力场三维有限元数值模拟[D]. 胡美娟.西北工业大学 2005
本文编号：2912177
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