TC4激光焊接热力耦合数值模拟及力学性能分析.pdf

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45

6

期焊

报Vol.45(6):77−88,96

2024

6

月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONJune2024

TC4激光焊接热力耦合数值模拟及力学性能分析

丛家慧,

高嘉元,

周松,

王嘉豪,

王乃境,

林方旭

(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)

摘要:

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2

601℃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385HV.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.

创新点:

(1)通过力学试验和模拟分析,准确预测了TC4焊接接头的力学性能.

(2)阐明了激光焊接温度场和应力场分布,验证断裂机理.

(3)分析了焊接温度对显微组织、形貌和硬度的影响.

关键词:

激光焊接;TC4钛合金;数值模拟;残余应力

中图分类号:TG

456.7

文献标识码:A

doi:10.12073/j.hjxb.20230315001

Thermodynamiccouplingnumericalsimulationandmechanicalproperties

analysisofTC4laserwelding

CONG

Jiahui,

GAO

Jiayuan,

ZHOU

Song,

WANG

Jiahao,

WANG

Naijing,

LIN

Fangxu

(Key

Laboratory

of

Fundamental

Science

for

National

Defense

of

Aeronautical

Digital

Manufacturing

Process,

Shenyang

Aerospace

University,

Shenyang

110136,

China)

Abstract:ToaccuratelypredictthetemperaturechangesduringthelaserweldingprocessofTC4titaniumalloyandthemechanical

propertiesafterwelding,alaserweldingtemperaturefieldmodelwasestablishedusingABAQUSsubroutines.Thetemperature

fieldduringlaserweldingwassimulatedandanalyzed,andthechangesintemperatureandresidualstressduringandafterwelding

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