无人机主燃烧室火焰筒焊接变形控制研究

发布时间：2017-08-18 18:05

  本文关键词：无人机主燃烧室火焰筒焊接变形控制研究

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【摘要】：火焰筒是航空发动机重要的热端部件,主体材料为GH3536固溶高温合金,由64个主燃孔、32个掺混孔、2个点火电嘴、8个安装支架、16个头部涡流器安装座等焊接而成。本研究拟采用MSC.Marc的热-力耦合模拟电子束焊接工艺过程,分析不同焊接方案下的结构顶端与底端圆周上的平面度与圆周度,得到控制焊接变形的最优焊接顺序,以保障后续工艺的顺利开展。首先测试高温合金GH3536随温度变化的的热物理、力学性能参数,结合电子束焊接工艺参数,采用柱状热源模型的热-力耦合模拟焊接残余应力与变形。研究中分别开展单个掺混孔焊接、多个掺混孔焊接、多个掺混孔与主燃孔焊接顺序对结构焊后变形的影响。研究发现,单个掺混孔焊接变形主要集中在焊缝附近,掺混孔内径的圆周度稍有变化,焊缝的残余应力峰值接近镍基合金的屈服强度,远离焊缝残余应力水平迅速下降,单个掺混孔焊接变形较小;对四个掺混孔的焊接顺序分析中,跳跃焊接的研究方案对变形的控制效果要优于连续密集焊接,不同焊接方案对焊后变形的影响差别很大,对残余应力分布的影响较小;顺序焊接的焊后变形最为明显,采用180相位差焊接顺序控制焊接变形的效果明显。本研究认为,对32个掺混孔,64个主燃孔的主燃烧室焊接结构,最佳的焊接方案为在轴对称位置同时施焊,且前后两道施焊位置的相位差越大越好;装夹条件对于焊接变形同样重要,特别是薄壁结构,应将原有工艺的四处装夹增至八处装夹,能够更好地控制变形。
【关键词】：电子束焊接 焊接变形 焊接顺序 顺序优化
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279;V261.34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 研究意义及背景8
• 1.2 薄壁构件焊接残余应力与变形研究现状8-11
• 1.2.1 熔焊接头应力和变形机理8-9
• 1.2.2 薄壁构件焊接应力与变形特点9-10
• 1.2.3 薄壁构件焊接应力与变形矫正10-11
• 1.2.4 焊接接头应力与变形有限元模拟进展11
• 1.3 电子束焊接的数值模拟现状11-17
• 1.3.1 电子束焊接原理11-12
• 1.3.2 薄壁构件电子束焊接12-13
• 1.3.3 电子束焊接的热源模型13-17
• 1.4 研究内容17-19
• 第2章 实验设备及工艺参数19-27
• 2.1 引言19
• 2.2 GH3536材料性能19-21
• 2.2.1 材料化学成分19
• 2.2.2 材料热物理参数测试19-20
• 2.2.3 材料力学参数测试20-21
• 2.3 焊接设备及工艺21-22
• 2.4 有限元建模分析22-27
• 2.4.1 网格划分22-23
• 2.4.2 热-力耦合模拟电子束焊接23-24
• 2.4.3 现有工艺的装夹条件24-27
• 第3章 掺混孔焊接顺序优化27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 单个掺混孔焊接变形分析27-33
• 3.2.1 单个掺混孔焊接温度场27-28
• 3.2.2 单个掺混孔焊接变形28-32
• 3.2.3 单个掺混孔焊接残余应力32-33
• 3.3 不同掺混孔焊接顺序对变形影响研究33-36
• 3.3.1 焊接顺序研究方案33-34
• 3.3.2 不同焊接方案的变形对比34-36
• 3.3.3 不同焊接方案的残余应力对比36
• 3.4 本章小结36-38
• 第4章 燃烧室结构焊接变形研究38-52
• 4.1 引言38
• 4.2 不同焊接顺序的焊接变形分析38-44
• 4.2.1 研究方案的提出38-39
• 4.2.2 焊接顺序对变形的影响39-43
• 4.2.3 焊接顺序对残余应力分布的影响43-44
• 4.3 最优焊接顺序的提出44-50
• 4.3.1 最佳焊接方案44
• 4.3.2 结构焊后变形分析44-48
• 4.3.3 结构焊后残余应力场分析48-50
• 4.4 验证试验50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-58
• 致谢58-59
• 个人简历59

【参考文献】

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本文编号：695966