基于激光预焊的超塑成形/扩散连接工艺研究

摘要

通过超塑成形/扩散连接工艺研制的一体化、高精度且具有复杂外形曲面特征、内部存在加强筋的整体多层空心结构被广泛地应用于航空航天领域中。但是该工艺方法依然存在一些局限性，通过采用激光焊接技术对芯板内部加强筋进行焊接，充分利用激光焊接具有的能量密度高、穿透性好，且热影响区和变形区小等优点，取代传统超塑成形/扩散连接工艺中通过人工绘制止焊剂图形，涂覆止焊剂来设置内部加强筋分布，能够大幅度的缩短零件在高温中的暴露时间，避免材料内部组织晶粒长大严重，提高零件的整体力学性能。
　　本文对基于激光预焊的TC4钛合金四层板超塑成形/扩散连接工艺进行了如下的研究：
　　1.阐述了材料的超塑性和扩散连接基本原理，以及激光焊接的基本理论，在相关理论的基础上，分别采用恒应变速率拉伸法和速度突变法研究分析了细晶TC4钛合金的超塑性性能，发现细晶TC4钛合金在温度为920℃时，应变速率敏感性指数m值的峰值最大，当且仅当lnε.=-6.8662，即应变速率为1.04x10-3s-1时，m值可达到最大值，为0.535。
　　2.对TC4钛合金进行激光搭接穿透焊工艺实验研究，获得五组可以制备不同结合面熔宽的焊接参数，为后续研究双层芯板结合面熔宽与四层板超塑成形/扩散连接成形件内部加强筋成形效果做了充分的准备，并分析讨论了焊接接头的力学性能，焊缝尺寸与焊接工艺参数的关系，并且对焊缝的显微组织、硬度以及断口形貌进行了分析。
　　3.对基于激光预焊的四层板超塑成形工艺进行了有限元数值模拟，综合考虑板料之间的相互作用，得到了优化的压力时间控制曲线，并且对模拟结果进行了分析讨论，与传统工艺方法模拟结果对比分析发现，该改进工艺方法的模拟结果显示在蒙皮中心处的厚度大于传统工艺方法，能够弥补芯板在蒙皮三角区厚度过薄带来的结构弱区。
　　4.对基于激光预焊的TC4钛合金四层板超塑成形/扩散连接组合工艺进行了实验研究，分析讨论了结构件的成形质量，对比分析壁厚实验结果与模拟结果的关系，通过对结构件的微观组织进行观察，发现板料之间扩散连接十分充分，内部晶粒长大不严重，增大了约35％~40%，低于传统工艺方法。最后对芯板焊缝结合面熔宽与内部加强筋成形质量之间的关系进行了研究分析。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1引言

1.2超塑成形/扩散连接组合工艺基本原理及发展现状

1.3 激光焊接在超塑成形/扩散连接工艺中的应用

1.4本文的主要研究内容

第二章 细晶TC4钛合金超塑性性能研究

2.1引言

2.2应变速率敏感性指数的测定方法

2.3实验方案

2.4实验结果与分析

2.5本章小结

第三章 激光预焊实验研究

3.1引言

3.2芯板激光焊接实验方案

3.3实验结果分析

3.4本章小结

第四章 基于激光预焊的四层板超塑成形数值模拟

4.1引言

4.2 ABAQUS软件介绍

4.3四层板超塑成形过程数值模拟

4.4模拟结果分析

4.5本章小结

第五章 基于激光预焊的超塑成形/扩散连接工艺研究

5.1引言

5.2实验准备

5.3实验过程

5.4实验结果分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文