鋁合金焊接技術(shù)

1、鈦合金焊接技術(shù)日期：08121009:00:09作者：鮮雪強(qiáng)川航機(jī)務(wù)部由于鈦合金低重量、強(qiáng)度高、耐腐蝕性優(yōu)異，又具有與先進(jìn)復(fù)合材料在熱學(xué)、電化學(xué)方面的相容性，一直是航空、宇航工業(yè)上應(yīng)用的重要結(jié)構(gòu)材料。焊接作為鈦合金加工中的重要手段，在提高材料利用率、減輕結(jié)構(gòu)重量、降低成本等方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此有必要研究飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理中的鈦合金焊接技術(shù)。關(guān)鍵詞：焊接、疲勞性能、殘余應(yīng)力、疲勞壽命一、鈦合金焊接的重要性一、鈦合金焊接的重要性疲勞斷裂是材料在

2、交變載荷（或應(yīng)力）作用下發(fā)生的破損斷裂。國(guó)內(nèi)外研究表明，飛機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞破壞是飛機(jī)主要破壞形式。早期設(shè)計(jì)的飛機(jī)只考慮靜強(qiáng)度問(wèn)題，直到上個(gè)世紀(jì)五十年代，隨著航空事業(yè)的不斷發(fā)展，飛機(jī)性能不斷提高，飛機(jī)的使用要求不斷嚴(yán)格，飛機(jī)在使用過(guò)程中疲勞破壞與安全可靠性之間的矛盾逐漸暴露出來(lái)。焊接是一種運(yùn)用（多種情況下為局部）加熱或加壓手段、添加或不添加填充材料將構(gòu)件不可拆卸的連接在一起，或在基材表面堆敷覆蓋層的加工工藝。焊接技術(shù)廣泛的應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部

3、門，如機(jī)械工程、橋梁工程、壓力容器船舶工程、航空航天等領(lǐng)域。焊接結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，無(wú)論是在航天領(lǐng)域還是在一般的工程領(lǐng)域，無(wú)論是小部件還是大型結(jié)構(gòu)，都在不斷擴(kuò)大焊接結(jié)構(gòu)的比重。例如，飛機(jī)中央翼焊接下壁板是關(guān)鍵承力構(gòu)件，承受機(jī)翼傳來(lái)的彎矩、扭矩、剪力和油箱壓力的作用；在國(guó)外第四代戰(zhàn)斗機(jī)中鈦合金含量已達(dá)到40%左右。而對(duì)于鈦合金焊接結(jié)構(gòu)疲勞特性與壽命評(píng)估技術(shù)的研究則是為實(shí)現(xiàn)鈦合金結(jié)構(gòu)在先進(jìn)飛機(jī)上的合理使用，所必不可少的前提條件之

4、一。二、焊接區(qū)域材料性能的確定二、焊接區(qū)域材料性能的確定焊接接頭由焊縫、熱影響區(qū)、母材組成，是一種非均質(zhì)材料，各向異性。熱影響區(qū)是焊縫到母材的過(guò)渡區(qū)域，其材料性能也介于焊縫和母材之間。當(dāng)前焊接件疲勞性能的評(píng)估方法基于經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)特征，即根據(jù)不同的焊接結(jié)構(gòu)幾何形狀和加載狀況，將焊接件進(jìn)行分類。疲勞壽命用名義應(yīng)力法進(jìn)行評(píng)估，現(xiàn)階段對(duì)于名義應(yīng)力的獲得，大都采用結(jié)構(gòu)應(yīng)力或熱點(diǎn)應(yīng)力的方法，此種方法簡(jiǎn)單的說(shuō)就是通過(guò)焊趾附近距離焊趾不同長(zhǎng)度處兩點(diǎn)的應(yīng)力

5、值線性推廣得到熱點(diǎn)應(yīng)力值。線性推廣的方法有很多種，在用此方法時(shí)應(yīng)該注意：（1）一般用沒有偏移的理想的焊接接頭進(jìn)行有限元分析，應(yīng)該用最大主應(yīng)力來(lái)表達(dá)熱點(diǎn)應(yīng)力；（2）計(jì)算熱點(diǎn)應(yīng)力時(shí)，單元網(wǎng)格應(yīng)足夠精細(xì)，網(wǎng)格長(zhǎng)度比不大于3。用20節(jié)點(diǎn)塊元時(shí)，單元大小為ttt（t為板厚），用8節(jié)點(diǎn)和4節(jié)點(diǎn)板殼元時(shí)，取tt和0.5t0.5t；（3）用板殼元的表面應(yīng)力作為熱點(diǎn)應(yīng)力。也有許多人采用由0.4t和1t處的應(yīng)力值進(jìn)行線性推廣的方法。熱點(diǎn)應(yīng)力法在現(xiàn)階段得到了

6、廣泛的應(yīng)用，非常適用于對(duì)某一類給定結(jié)構(gòu)的焊接件進(jìn)行評(píng)估，這種方法當(dāng)然也有其局限性，那就是很難精確確定焊接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果經(jīng)常受到單元尺寸和載荷類型的影響。國(guó)外研究者G.Savaidis和M.Vmwald運(yùn)用熱點(diǎn)應(yīng)力法對(duì)客車底部焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究，研究表明國(guó)際焊接學(xué)會(huì)關(guān)于簡(jiǎn)化焊接結(jié)構(gòu)有限單元網(wǎng)格的方法具有足夠的精確度，熱點(diǎn)應(yīng)力法計(jì)算結(jié)果表明失效一般發(fā)生在焊趾或熱影響區(qū)，與試驗(yàn)結(jié)果完全吻合，同時(shí)作者也指出由于分析結(jié)果依

7、賴于熱點(diǎn)應(yīng)力的定義方法，并不能將本文的研究結(jié)果推廣到一般的工程應(yīng)用中去。國(guó)外研究者P.Dong提出了一種與單元大小無(wú)關(guān)的熱點(diǎn)應(yīng)力定義方法，并用此方法對(duì)焊接接頭的疲勞性能進(jìn)行數(shù)值了模擬取得了較好的結(jié)果。由于焊接接頭的特殊結(jié)構(gòu)，我們也可以用斷裂力學(xué)的方法對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。一些研究者提出了假設(shè)半徑的方法，認(rèn)為具有相同深度和圓角半徑的裂紋和缺口具有相同的疲勞極限，此種方法假設(shè)斷裂處缺口半徑為1mm，缺點(diǎn)是有限元模型的建立比較困難，假設(shè)半徑的引