本文關(guān)鍵詞：鈦合金—不銹鋼異種金屬激光焊接過程的有限元分析與實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,鈦合金良好的性能被得到越來越多的重視,工件中的部分不銹鋼材料被其取代以提高工件的性能。雖然焊接是鈦合金和不銹鋼材料常見的連接方式,但兩者在化學(xué)成分和物理性能方面存在較大的區(qū)別,致使兩種金屬之間的焊接性能普遍較差。由于激光技術(shù)的快速發(fā)展,以及熱源集中、熱輸入量相對較小、熱源可精確控制等優(yōu)點(diǎn)使其在焊接工業(yè)中得到越來越多的應(yīng)用。而激光焊接方法在異種金屬焊接中的應(yīng)用研究是現(xiàn)代工業(yè)中比較重視的一個課題。本篇文章針對TA15鈦合金和304不銹鋼兩種牌號金屬的焊接性能進(jìn)行研究。在綜合分析他人研究的前提下,針對鈦合金-不銹鋼異種金屬焊接的特殊性提出兩種焊接方法進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn),分別是激光熱源偏向不銹鋼材料的直接焊接和在鈦合金與不銹鋼之間加入填充層銅進(jìn)行焊接。首先利用ANSYS有限元分析軟件對鈦合金-不銹鋼異種金屬直接焊接溫度場進(jìn)行仿真分析。鈦合金和不銹鋼兩側(cè)的溫度場呈不對稱分布,在相同時間焊縫兩側(cè)的峰值溫度存在不同,而且焊縫兩側(cè)相同位置的節(jié)點(diǎn)溫度也存在差異。引入偏焦量后,對偏焦量值為0.2mm~0.8mm的情況分別進(jìn)行仿真,分析不同偏焦量值時的溫度場分布情況,分析表明偏焦量值的合理范圍應(yīng)該在0.5mm~0.7mm內(nèi)。另外對填充層黃銅厚度為0.1mm~0.8mm的鈦合金-不銹鋼激光焊接溫度場進(jìn)行仿真,分析其溫度場分布發(fā)現(xiàn)加入黃銅后鈦合金和不銹鋼兩側(cè)的融化量減少,并且冷卻速度更快。對每組填充層厚度的溫度場分布進(jìn)行綜合分析,得出鈦合金-不銹鋼異種金屬激光焊接填充層銅的合理厚度應(yīng)在0.5mm~0.7mm左右�；贏NSYS有限元軟件仿真分析的結(jié)論,對偏焦量值為0.3mm~0.7mm和填充層黃銅厚度為0.5mm~0.7mm的鈦合金-不銹鋼異種金屬激光焊接進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)和力學(xué)性能分析。通過對各個焊接試樣的觀察、力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)和SEM實(shí)驗(yàn),綜合分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出偏焦量值為0.5mm~0.6mm時和填充層銅的厚度為0.5mm~0.6mm時鈦合金-不銹鋼異種金屬激光焊接試樣的焊縫形貌和力學(xué)性能比較好。
【關(guān)鍵詞】：鈦合金 不銹鋼 激光焊接 有限元分析 力學(xué)實(shí)驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG457.1
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 選題背景11-13
• 1.2 激光焊接的發(fā)展和應(yīng)用13-14
• 1.3 鈦合金-不銹鋼異種金屬焊接的研究現(xiàn)狀14-21
• 1.4 激光焊接在鈦合金-不銹鋼異種金屬焊接中的應(yīng)用現(xiàn)狀21-23
• 1.5 論文的主要研究內(nèi)容23-25
• 第二章 鈦合金-不銹鋼激光焊接的溫度場分析25-45
• 2.1 有限元分析的基礎(chǔ)25-28
• 2.1.1 焊接中數(shù)值模擬技術(shù)介紹25-26
• 2.1.2 ANSYS軟件介紹26-27
• 2.1.3 焊接溫度場分析理論27-28
• 2.2 鈦合金-不銹鋼激光焊接有限元模型的建立28-35
• 2.2.1 基本假設(shè)28
• 2.2.2 熱源模型的選取28-29
• 2.2.3 激光焊接工藝參數(shù)與材料參數(shù)29-31
• 2.2.4 單元類型的選擇31-32
• 2.2.5 ANSYS模型建立和網(wǎng)格劃分32-33
• 2.2.6 熱源的施加33-35
• 2.3 激光焊接溫度場的仿真分析35-42
• 2.3.1 鈦合金-不銹鋼異種金屬直接焊的溫度場分布特點(diǎn)35-39
• 2.3.2 不同偏焦量值的鈦合金-不銹鋼激光焊接溫度場分布39-42
• 2.4 鈦合金-不銹鋼異種金屬激光焊接的合理偏焦量42-43
• 2.5 本章小結(jié)43-45
• 第三章 鈦合金-不銹鋼異種金屬激光焊接實(shí)驗(yàn)及分析45-59
• 3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與準(zhǔn)備過程45-49
• 3.1.1 激光焊接設(shè)備45-46
• 3.1.2 焊接材料的處理46-49
• 3.2 鈦合金-不銹鋼異種金屬焊接試樣分析49-51
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析51-56
• 3.3.1 硬度測試51-53
• 3.3.2 焊縫微觀形貌分析53-54
• 3.3.3 拉伸實(shí)驗(yàn)分析54-56
• 3.4 本章小結(jié)56-59
• 第四章 基于Cu片填充層的鈦合金-不銹鋼激光焊接的研究59-71
• 4.1 加入Cu片的鈦合金-不銹鋼激光焊接溫度場分布59-64
• 4.2 加入銅層的鈦合金-不銹鋼異種金屬焊接實(shí)驗(yàn)研究64-68
• 4.2.1 焊接試樣分析64-66
• 4.2.2 硬度測試66
• 4.2.3 焊縫形貌和微觀組織分析66-67
• 4.2.4 拉伸實(shí)驗(yàn)分析67-68
• 4.3 本章小結(jié)68-71
• 第五章 結(jié)論與展望71-75
• 5.1 工作總結(jié)71-72
• 5.2 工作展望72-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果及發(fā)表論文81-83
• 致謝83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：734715