TA15薄板EBW及焊后再热处理对应力分布影响的研究

摘要

本文是基于传热学、热弹塑性理论、小变形理论及有限元方法,深入研究分析了电子束焊接和焊后电子束局部热处理过程的温度场及应力场分布规律。以TA15钛合金薄板为研究对象进行数值模拟研究,同时结合实验。
　　由温度场知,电子束焊接和焊后再热处理的热循环曲线和焊接热循环曲线较吻合,且符合相应的电子束焊接和热处理的特点,分别可以看到电子束焊接的上宽下窄形状和热处理的面热源的圆形形状。
　　由应力场知,两个过程残余应力主要集中在焊缝中心及近焊缝区,横向残余应力50MPa,相对纵向应力600MPa较小。而电子束局部热处理使纵向应力降低到475MPa,降低了21％。在焊缝背面进行局部热处理,相对于正面,可以显著的降低工件的残余应力;在其他的工艺参数不变的情况下,随着热处理宽度的增加或热处理速度的降低,焊接残余应力也随着降低。
　　在真空红外测温系统的基础上进行优化,提出带有无线传输功能的采集卡和AD590温度传感器。常规环境测温下,测温仪温度值与采集软件上的读数误差在2.04%左右。AD590经过采集卡的采集,温度值与实际平均误差为7.42%。保护外壳经过气压、真空气密性和疲劳检验,表明此套系统密封性完好,系统较稳定。
　　采用优化的系统50Hz白炽灯进行采集,采集到周期为20ms的温度正弦波。AD590采集到的温度值变化不大,相对较稳定。采用小孔释放法进行残余应力测量,结果表明:实验结果分布规律与模拟结果较为一致。微观焊缝形貌与模拟的固液界面比较,较为吻合。进行拉伸试验和金相试验,经过电子束局部再热处理的工件,焊缝组织较细,强度较高。进一步验证热源模型的准确性,同时为热处理温度的控制提供了保障。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 电子束焊接数值模拟技术的研究现状

1.3 电子束局部热处理研究现状

1.4 热源模型验证的研究现状

1.5 本课题主要研究内容

第2章 电子束焊及焊后再热处理温度场模拟

2.1 有限元概述

2.2 有限元分析软件ANSYS简介

2.3 有限元分析基本理论

2.4 TA15钛合金电子束焊接及热处理工艺参数和过程

2.5 TA15钛合金有限元分析过程

2.6 TA15钛合金温度场有限元模拟结果

2.7 本章小结

第3章 电子束焊及焊后再热处理应力场模拟

3.1 应力场计算的基本理论

3.2 热力学参数处理

3.3 TA15钛合金应力场有限元模拟结果

3.4 电子束局部热处理工艺优化

3.5 本章小结

第4章 真空红外测温系统的建立与优化

4.1 真空红外测温系统原理与建立

4.2 真空红外测温系统优化

4.3 真空红外测温系统调试与验证

4.4 本章小结

第5章 实验验证结果与分析

5.1 温度场实验验证

5.2 应力场实验验证

5.3 焊缝形貌

5.4 拉伸性能

5.5 金相组织

5.6 本章小结

结 论

参考文献

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