TC2钛合金薄板连续/脉冲电子束焊接数值模拟研究
发布时间：2021-01-16 17:50
随着空间技术的不断发展,大型航天器的建设与飞行器的长期运行维护提出了空间焊接的需求,太空焊接受到了能量供应的限制,需要在较低的能量输入条件下获得较大熔深。电子束焊接方法具有能量利用率高等优点,并且具有良好的空间适用性,同时脉冲作用能够有效的增加熔深。为此,本文以空间结构常用的TC2钛合金材料作为研究对象,开展2mm厚的TC2钛合金薄板连续/脉冲电子束焊接的数值模拟研究。通过对TC2钛合金薄板进行连续和脉冲电子束平板对接试验发现,当连续电子束和脉冲电子束平均功率相同时,不同焊接参数下钛合金薄板均能熔透。连续电子束焊接的焊缝成形良好,焊缝表面具有光滑、排列规则、致密的鱼鳞纹,焊缝截面形貌为漏斗形。在脉冲电子束作用下,焊缝表面宽度降低,截面形貌由钉子形向楔形转变,并且焊缝表面出现下凹,背面焊接飞溅增加,连续性变差。进一步采用计算流体力学数值模拟的方法研究脉冲电子束焊接参数对焊缝成形的影响机理。在脉冲电子束焊接时,由于脉冲峰值的能量密度高于连续焊接,金属蒸汽反作用力增强,使得熔池表面形成下凹的小孔,流体向周围排开,小孔底部液体向下流动,大量的能量带到熔池底部,从而使得焊缝表面宽度减小。对于连续...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人类历史上首次空间焊接试验
]研究了脉冲激光重叠率对TC4钛合金焊接接头气孔率的影响。结果表明，TC4钛合金脉冲激光焊接中的气孔形成原因是由于匙孔坍塌，熔池中的气泡没有逃离熔池形成。发现脉冲激光重叠率比较高时，先前脉冲激光形成的气泡可以通过随着多次熔化溢出，起到抑制气孔的作用。1.3.2脉冲作用对接头组织的影响齐铂金等人[15]对比研究高频脉冲TIG和常规直流TIG焊接0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢时，发现高频脉冲电流有效细化焊缝晶粒，并且脉冲频率越高，金属晶粒的平均尺寸越小，接头的质量和力学性能得到提高。a)直流b)20kHc)25kHzd)30kHz图1-2连续和脉冲TIG焊奥氏体不锈钢焊缝金相组织[15]张晓鸿等人[16]焊接Inconel690也发现适当增大峰值电流、脉冲频率、占空比可以有效细化焊缝晶粒组织，而基值电流的增加则对焊缝组织细化不利。刘黎明等人[17]使用交流脉冲TIG焊接AZ31B镁合金板材，脉冲焊接时,熔池两侧附近温度冷却速度比直流TIG焊接时的冷却速度更快,在焊接熔池附
哈尔滨工业大学工程硕士论文-5-近区域的高温停留时间短,使脉冲焊接接头的热影响区比连续焊接时更窄,而且组织也更细小均匀。JanakiRam等人[18]采用脉冲TIG焊接Inconel718认为。脉冲能量周期性变化使热循环改变，熔池流动增强，冷却速率加快，熔池热梯度减少，最终导致晶粒细化。1.3.3脉冲作用对焊缝成形的影响谢小健等人[22]研究发现，随着峰值功率的增加，焊缝熔深不断增加，焊缝熔宽先增加后减小；而随着脉冲宽度的增加，焊缝熔深不断增加，焊缝熔宽先减小后增大。a)峰值功率与熔深、熔宽的关系b)脉冲宽度与熔深、熔宽的关系图1-3脉冲参数对焊缝成形的影响[22]马广义等人[23]使用脉冲激光焊接HastelloyC-276发现，当单脉冲能量较小时，焊缝形貌为上宽下窄，随着单脉冲能量增加，焊缝表面和焊缝背面的宽度均增加，焊缝趋于两侧平行。1.4脉冲电子束的研究进展脉冲电子束焊接实际上是一种多种焊接工艺参数分别独立可调的电子束流。与连续电子束焊接相比，脉冲电子束焊接具有的更多的特征焊接工艺参数，如加速电压、峰值电流，基值电流、脉冲频率以及占空比等。束流波形通常为方波或接近方波的形式，理想的脉冲束流波形如图1-4所示。其中Ip、Ib和Ia
【参考文献】：
期刊论文
[1]薄板TC4钛合金脉冲电子束焊接技术研究[J]. 范霁康,齐铂金,李晓鹏,许海鹰,杨东青,彭勇,王克鸿. 稀有金属材料与工程. 2019(12)
[2]电子束焊接熔池周期性波动的数值模拟[J]. 杨子酉,房玉超,何景山. 材料工程. 2019(09)
[3]表面张力对激光深熔焊熔池流动的影响[J]. 李俐群,郝雨,彭进. 焊接学报. 2019(02)
[4]走向太空的焊接技术[J]. 王敏,张骁,于涛,吴振强. 焊接. 2019(01)
[5]脉冲TIG焊接工艺参数对高温镍基合金焊缝组织的调控研究[J]. 张晓鸿,马朋召,张康,陈静青,陈辉. 机械工程学报. 2018(02)
[6]脉冲参数对脉冲激光焊缝成形影响的析因试验研究[J]. 谢小健,罗怡,朱洋,万瑞. 热加工工艺. 2016(13)
[7]电子束定点焊接304不锈钢熔池流动行为数值模拟[J]. 王厚勤,张秉刚,王廷,冯吉才. 焊接学报. 2016(03)
[8]激光深熔焊中熔池-小孔的动态行为模拟[J]. 史平安,万强,庞盛永,颜怡霞,许恒. 材料热处理学报. 2015(07)
[9]空间焊接技术研究现状及展望[J]. 冯吉才,王厚勤,张秉刚,王廷. 焊接学报. 2015(06)
[10]Research on Pulsed Electron Beam Welding Gridbias Power Supply[J]. Xu Guoning1,Qi Bojin1,Xu Xianglong2,Dai Hailin11School of Mechanical Engineering and Automation,Beihang University,Beijing 100191,China2School of Mechanical and Transportation Engineer,China University of Petroleum,Beijing 102249,China. 稀有金属材料与工程. 2011(S4)
硕士论文
[1]流体冲刷效应对EBW横/平焊焊缝成形的规律研究[D]. 杨子酉.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：2981267
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人类历史上首次空间焊接试验
]研究了脉冲激光重叠率对TC4钛合金焊接接头气孔率的影响。结果表明，TC4钛合金脉冲激光焊接中的气孔形成原因是由于匙孔坍塌，熔池中的气泡没有逃离熔池形成。发现脉冲激光重叠率比较高时，先前脉冲激光形成的气泡可以通过随着多次熔化溢出，起到抑制气孔的作用。1.3.2脉冲作用对接头组织的影响齐铂金等人[15]对比研究高频脉冲TIG和常规直流TIG焊接0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢时，发现高频脉冲电流有效细化焊缝晶粒，并且脉冲频率越高，金属晶粒的平均尺寸越小，接头的质量和力学性能得到提高。a)直流b)20kHc)25kHzd)30kHz图1-2连续和脉冲TIG焊奥氏体不锈钢焊缝金相组织[15]张晓鸿等人[16]焊接Inconel690也发现适当增大峰值电流、脉冲频率、占空比可以有效细化焊缝晶粒组织，而基值电流的增加则对焊缝组织细化不利。刘黎明等人[17]使用交流脉冲TIG焊接AZ31B镁合金板材，脉冲焊接时,熔池两侧附近温度冷却速度比直流TIG焊接时的冷却速度更快,在焊接熔池附
哈尔滨工业大学工程硕士论文-5-近区域的高温停留时间短,使脉冲焊接接头的热影响区比连续焊接时更窄,而且组织也更细小均匀。JanakiRam等人[18]采用脉冲TIG焊接Inconel718认为。脉冲能量周期性变化使热循环改变，熔池流动增强，冷却速率加快，熔池热梯度减少，最终导致晶粒细化。1.3.3脉冲作用对焊缝成形的影响谢小健等人[22]研究发现，随着峰值功率的增加，焊缝熔深不断增加，焊缝熔宽先增加后减小；而随着脉冲宽度的增加，焊缝熔深不断增加，焊缝熔宽先减小后增大。a)峰值功率与熔深、熔宽的关系b)脉冲宽度与熔深、熔宽的关系图1-3脉冲参数对焊缝成形的影响[22]马广义等人[23]使用脉冲激光焊接HastelloyC-276发现，当单脉冲能量较小时，焊缝形貌为上宽下窄，随着单脉冲能量增加，焊缝表面和焊缝背面的宽度均增加，焊缝趋于两侧平行。1.4脉冲电子束的研究进展脉冲电子束焊接实际上是一种多种焊接工艺参数分别独立可调的电子束流。与连续电子束焊接相比，脉冲电子束焊接具有的更多的特征焊接工艺参数，如加速电压、峰值电流，基值电流、脉冲频率以及占空比等。束流波形通常为方波或接近方波的形式，理想的脉冲束流波形如图1-4所示。其中Ip、Ib和Ia
【参考文献】：
期刊论文
[1]薄板TC4钛合金脉冲电子束焊接技术研究[J]. 范霁康,齐铂金,李晓鹏,许海鹰,杨东青,彭勇,王克鸿. 稀有金属材料与工程. 2019(12)
[2]电子束焊接熔池周期性波动的数值模拟[J]. 杨子酉,房玉超,何景山. 材料工程. 2019(09)
[3]表面张力对激光深熔焊熔池流动的影响[J]. 李俐群,郝雨,彭进. 焊接学报. 2019(02)
[4]走向太空的焊接技术[J]. 王敏,张骁,于涛,吴振强. 焊接. 2019(01)
[5]脉冲TIG焊接工艺参数对高温镍基合金焊缝组织的调控研究[J]. 张晓鸿,马朋召,张康,陈静青,陈辉. 机械工程学报. 2018(02)
[6]脉冲参数对脉冲激光焊缝成形影响的析因试验研究[J]. 谢小健,罗怡,朱洋,万瑞. 热加工工艺. 2016(13)
[7]电子束定点焊接304不锈钢熔池流动行为数值模拟[J]. 王厚勤,张秉刚,王廷,冯吉才. 焊接学报. 2016(03)
[8]激光深熔焊中熔池-小孔的动态行为模拟[J]. 史平安,万强,庞盛永,颜怡霞,许恒. 材料热处理学报. 2015(07)
[9]空间焊接技术研究现状及展望[J]. 冯吉才,王厚勤,张秉刚,王廷. 焊接学报. 2015(06)
[10]Research on Pulsed Electron Beam Welding Gridbias Power Supply[J]. Xu Guoning1,Qi Bojin1,Xu Xianglong2,Dai Hailin11School of Mechanical Engineering and Automation,Beihang University,Beijing 100191,China2School of Mechanical and Transportation Engineer,China University of Petroleum,Beijing 102249,China. 稀有金属材料与工程. 2011(S4)
硕士论文
[1]流体冲刷效应对EBW横/平焊焊缝成形的规律研究[D]. 杨子酉.哈尔滨工业大学 2018
本文编号：2981267
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/2981267.html
