TC4激光焊接热力耦合数值模拟及力学性能分析

TG456.7; 为了准确预测TC4钛合金激光焊接过程的温度变化和焊接后的力学性能,文中通过ABAQUS子程序建立了激光焊温度场模型,对激光焊接温度场进行模拟分析,并研究了焊接过程中的温度变化及焊接后残余应力变化.试验检测了焊接接头的硬度和表面残余应力,并分析了显微组织.结果表明,当热循环温度峰值达到 2601℃时,熔池温度已显著高于液相线,熔池中无固相晶粒,主要呈现出材料熔化后凝固形成的少量柱状晶.此外,越靠近焊缝的热影响区,晶粒越粗大,晶内马氏体的数量和密度也较高.激光焊接后,焊缝区的显微硬度基本相同,表面显微硬度稍高,平均可达 385 HV.焊缝中间段沿焊接方向的纵向残余应力呈现均匀峰值...

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Published in焊接学报 Vol. 45; no. 6; pp. 77 - 96
Main Authors 丛家慧, 高嘉元, 周松, 王嘉豪, 王乃境, 林方旭
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 沈阳航空航天大学,航空制造工艺数字化国防重点学科实验室,沈阳,110136 01.06.2024
Subjects
TC4 titanium alloy
residual stress
TC4钛合金
数值模拟
laser welding
残余应力
numerical simulation
激光焊接
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ISSN0253-360X
DOI10.12073/j.hjxb.20230315001

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Summary:TG456.7; 为了准确预测TC4钛合金激光焊接过程的温度变化和焊接后的力学性能,文中通过ABAQUS子程序建立了激光焊温度场模型,对激光焊接温度场进行模拟分析,并研究了焊接过程中的温度变化及焊接后残余应力变化.试验检测了焊接接头的硬度和表面残余应力,并分析了显微组织.结果表明,当热循环温度峰值达到 2601℃时,熔池温度已显著高于液相线,熔池中无固相晶粒,主要呈现出材料熔化后凝固形成的少量柱状晶.此外,越靠近焊缝的热影响区,晶粒越粗大,晶内马氏体的数量和密度也较高.激光焊接后,焊缝区的显微硬度基本相同,表面显微硬度稍高,平均可达 385 HV.焊缝中间段沿焊接方向的纵向残余应力呈现均匀峰值,横向应力略小,纵向和横向中央平均应力误差分别为 1.4%和 2.9%,垂直焊缝方向的残余应力分布基本一致.随后对焊接接头的力学性能进行了拉伸模拟研究,数值模拟得到的温度场和残余应力分布与试样焊后的组织形态和表面残余应力分布相符,拉伸试验和数值模拟的位移载荷变化数据相匹配,验证了激光焊接接头的温度场模型和拉伸断裂模型的可行性和准确性.
ISSN:0253-360X
DOI:10.12073/j.hjxb.20230315001