基于电子束焊接的TC4钛合金叶片焊缝表面强化研究

发布时间：2021-09-01 01:32

　　航空发动机叶片的整体性能极大地影响着飞机的安全稳定运行。针对某型航空发动机TC4钛合金叶片采用电子束焊接后,服役期内在焊缝处常出现疲劳裂纹而导致叶片失效的现象,采用X射线衍射法,结合有限元仿真分析结果,研究分析钛合金叶片焊缝及周围区域的残余应力分布状况,探索分析强化前、后残余应力变化情况。根据实验结果,焊接后焊缝及周围区域表面呈现拉应力,且垂直焊缝方向应力值在+36 MPa左右;强化后,叶片表面呈现出较大且较为均匀的压应力,应力值为-200 MPa左右。同时,有限元仿真结果表明经过表面强化后,叶片表面由拉应力转变为压应力,应力状态得到明显改善,进而提高了叶片疲劳性能,为航空发动机叶片表面抗疲劳制造提供了理论依据和技术参考。 

【文章来源】：机械强度. 2020,42(04)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

有限元数值模拟网格划分及边界条件示意图

通过对图2实验材料和有限元模型的对比发现:采用圆锥热源和高斯面热源的组合方式模拟的电子束焊接具有穿透力强、深宽比大的优点。焊接结束后，试样表面应力云图如图3、图4所示，提取焊缝中心线上的应力数据，见图5和图6，图中横坐标Distance代表的是距焊接起始点的距离，后文图中横坐标Distance都是此含义，不再赘述。结果显示:在垂直于焊缝的方向上呈现出两边压中间拉的应力状态。经过提取焊缝表层(surface)和厚度方向一半(middle)处的应力数据，发现试样中部存在着更为严重的残余拉应力，其沿着焊缝方向的残余拉应力非常高，达到700 MPa左右;仅在靠近焊接起始和结束区域存在垂直焊缝方向的压应力并且应力跨距非常短，数值可达-800 MPa左右。图3 垂直焊缝应力云图

垂直焊缝应力云图

【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机叶片残余应力监测及安全评定研究[J]. 刘建勋,魏东,刘成武,杨军良.  科学技术与工程. 2009(11)
[2]组合热源模型在焊接数值模拟中的应用[J]. 盖登宇,褚元召,李庆芬,李莉.  焊接学报. 2009(05)
[3]镍基高温合金叶片焊接修复技术的研究进展[J]. 王刚,张秉刚,冯吉才,何景山,马一兵.  焊接. 2008(01)

硕士论文
[1]基于流固耦合分析的压气机叶片振动特性及寿命预测研究[D]. 刘萌.天津大学 2017
[2]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：3376015