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南京聚航科技有限公司
主營產品： 振動時效設備，殘余應力檢測儀，應力應變測量，殘余應力消除設備 |
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2021-8-5 閱讀(1089)
鈦合金是重要的航空材料之一，熔焊方法有TIG焊接、電子束焊接和激光焊接等。而TIG焊接和激光焊接憑借眾多優(yōu)點，成為鈦合金焊接的*選方法。鈦合金材料在焊接過程中由于高度集中的瞬時熱輸入和隨后的快速冷卻，必會在焊接工件上產生殘余應力。即使是能量集中，焊接速度快的激光焊接仍存在焊接殘余應力。由于殘余應力可能引起脆性斷裂、疲勞斷裂和應力腐蝕破壞，因此對鈦合金焊接殘余應力的研究顯得尤為重要。本文就是采用盲孔法對鈦合金板激光焊和TIG焊進行殘余應力檢測研究，分析焊接方法及焊接熱輸入和焊后熱處理對殘余應力分布規(guī)律的影響。
試驗方法和使用儀器
試驗在常溫下進行，采用聚航科技生產的JHYC靜態(tài)應變儀、JHZK鉆孔裝置以及相應膠水貼片。鉆孔停止后，每隔5min記錄一次應變儀讀數，待讀數穩(wěn)定后，取幾次數據的平均值作為測試結果。
試驗結果及分析
BT20鈦合金TIG
采用焊接電流為180A，電壓為12V，焊接速度為0.2m/min焊接BT20鈦合金。焊接殘余應力在焊縫兩側30mm以內，其分布比較有規(guī)律，離焊縫5.3mm處縱向殘余應力達到300MPa，在離焊縫中心約10mm處出現壓應力。
根據BT20鈦合金TIG焊接后經熱處理的殘余應力分布圖可看出，熱處理能顯著降低焊接殘余應力，在離焊縫中心5.3mm處，拉應力從300MPa減小到26MPa，而且殘余應力分布也趨于平緩。
CO2激光焊殘余應力
TC4鈦合金CO2激光焊殘余應力
采用p=1.6KW，V=1.3mm/min焊接，焊接后殘余應力在距焊縫中心約15mm以內，其分布較有規(guī)律，在此范圍外，殘余應力分布較散亂。在距焊縫中心約3mm處縱向殘余應力達226MPa，在約3.5mm處出現壓應力，因此激光焊的殘余應力分布比較陡。
CO2激光焊接后熱處理降低了焊接殘余應力，使殘余應力值在100MPa以內，而且分布趨勢緩和。
BT20鈦合金CO2激光焊殘余應力
采用p=1.7KW，v=0.9m/min焊接，在離焊縫中心約3.7mm處縱向殘余拉應力達280MPa，在約9mm處出現壓應力，距焊縫中心約23mm以內，應力分布較有規(guī)律。焊后熱處理殘余應力降低，分布平緩。
焊接方法和焊接熱輸入對殘余應力的影響
通過對TIC焊、CO2激光焊的焊接殘余應力進行對比，可以看出激光焊的熱影響區(qū)比TIG焊的約窄10mm；在距焊縫中心同樣距離處，其殘余拉應力值也比TIG焊的低約100MPa，而殘余壓應力相差相對較小。
TC4鈦合金用熱輸入73.8KJ/m（p=1.6KW，v=1.3m/min）、BT20鈦合金用熱輸入113.3KJ/m（p=1.7KW，v=0.9m/min)的CO2激光焊焊接，由于熱輸入不同，在距焊縫相同距離處，其殘余應力大小不同，二者的熱影響區(qū)寬度也不同。在熱影響區(qū)，熱輸入越大，殘余應力值相對較大，熱影響區(qū)相對較寬。
結論
1. 由于激光焊接能量集中，因此，與TIG焊相比，其熱影響區(qū)與焊接變形都比較?。煌瑯拥?，通過對激光焊接和TIG焊接殘余應力分布的比較可以發(fā)現：在熱影響區(qū)，激光焊接的殘余應力比常規(guī)焊接方法低，拉應力區(qū)也比較窄。
2. 無論是鈦合金的TIG焊還是激光焊，焊接后熱處理均顯著的降低了焊接殘余應力，并且使殘余應力分布趨向均勻。
3. 在TIG焊接和激光焊接試件上，焊縫兩側一定區(qū)域（對于TIG焊，約30mm，對于激光焊，約為15-20mm）之內殘余應力分布較有規(guī)律，而在該區(qū)域以外，應力分布比較散亂，這是由于離焊縫遠處殘余應力比較小，受干擾因素的影響較大，尤其是工件焊接前存在的原始加工應力的干擾。
