鈦-鋼異種金屬電子束焊接溫度場與應力場模擬研究.pdf

1、采用ANSYS有限元分析軟件，建立了鈦/鋼對接接頭的有限元模型。在此基礎上，分別對鈦合金TA15與304不銹鋼直接對焊和預置填充層鈦/鋼電子束焊接兩種情況下的溫度場與應力場進行了數值模擬。并通過實驗驗證了結果的準確性。
　　首先對鈦合金 TA15與304不銹鋼直接對焊和預置填充層間接對焊兩種情況下的溫度場特征進行了模擬研究，二者溫度場特征基本保持一致，均為熔池較小，升溫速率快。而且兩側溫度場分布不對稱，同一時刻，兩側距焊縫相同距離

2、的節(jié)點達到的峰值溫度差距較大。對二者的溫度場結果進行了比較，發(fā)現添加填充層后，熔池的峰值溫度明顯降低，且兩側溫度梯度亦明顯減小，對接頭性能有利。為驗證結果的準確性，對兩種接頭的熱循環(huán)曲線進行了測量，計算值與實測值吻合較好。
　　對不同填充層厚度、不同偏束位置熱作用下的預置填充層鈦/鋼電子束焊接的熔化特征進行研究。發(fā)現隨填充層厚度的增加，兩側熔寬減小，但鈦側熔寬始終比鋼側大，填充層厚度不宜超過0.7mm。隨著偏束位置向鋼側偏移，鈦側

3、熔寬減小，鋼側增大，但偏束位置應控制在兩側金屬與填充層的結合面之間進行變化。
　　最后采用熱-結構耦合分析的方法，對添加填充層前后接頭的應力場進行了計算分析。發(fā)現添加填充層前后應力場分布規(guī)律基本一致，焊縫區(qū)縱向殘余應力為拉應力，橫向殘余應力為壓應力，且應力場分布不對稱，焊縫區(qū)縱向拉應力主要位于焊縫偏鋼側。對二者殘余應力結果進行對比發(fā)現，添加填充層后應力峰值明顯減小，且應力分布更為均勻。采用切條法對預置同填充層的鈦/鋼接頭縱向殘余應