两种航空材料焊后电子束局部热处理应力场数值模拟

【摘要】：电子束焊接具有显著的小孔效应,这一特点决定着电子束焊接过程和普通熔化焊不同,并对其焊接应力和变形产生重要影响。电子束局部热处理又是一种新型的热处理方式。因此,利用有限元方法对电子束焊接及其焊后局部热处理的残余应力进行预测,这为完善电子束加工技术热过程的理论分析,用以指导选取焊接参数,无疑具有重要的理论价值和现实意义。本文着重探讨了电子束局部热处理对TC4 钛合金和GH4133 高温合金两种航空用材料电子束焊接接头残余应力的影响规律。 以热—弹塑性理论为基础,利用ANSYS 有限元程序,建立了TC4 钛合金电子束焊接和焊后电子束局部热处理温度场和应力场的三维移动热源模型。在中压和高压两种条件下的计算结果表明,电子束局部热处理可在一定程度上降低TC4 钛合金电子束焊接接头残余应力,并且可使应力峰值向母材扩展,使高应力区域分布更为平缓。 比较TC4 钛合金高压和中压两种加速电压条件下接头温度场的分布规律,计算结果表明,高压下电子束焊接时的温度峰值较高,且焊缝较窄,焊缝深宽比较大。而中压下电子束焊接时的温度峰值较低,且焊缝较宽,焊缝深宽比较小。 比较TC4 钛合金高压和中压两种加速电压条件下的接头应力场分布特点可知,中压焊态接头和热处理态接头焊缝中心的残余应力峰值均比高压接头相应的峰值大。 建立了GH4133 高温合金电子束焊接和焊后电子束局部热处理温度场和应力场的三维移动热源模型,计算了高压条件下的温度场和残余应力。结果表明,电子束局部热处理可在一定程度上降低GH4133 高温合金电子束焊接接头残余应力,可以使应力峰值向母材扩展,并且使高应力分布较为平缓。