TA15鈦合金薄壁錐筒件焊后熱處理校形數(shù)值模擬研究.pdf

1、TA15鈦合金是一種在航空上廣泛使用的中溫鈦合金，但由于鈦合金固有的高強(qiáng)度、低模量特性使得其在精密加工過程中的回彈現(xiàn)象嚴(yán)重。熱處理校形技術(shù)是一種基于高溫應(yīng)力松弛原理的精密熱處理技術(shù)，其通過在高溫狀態(tài)下長時(shí)間保溫將工件內(nèi)部應(yīng)力松弛到極限，從而使工件在室溫時(shí)處于一個(gè)低應(yīng)力狀態(tài)，極大減小了回彈的發(fā)生，成型精度大大提高。本文以航空上常用的TA15鈦合金焊接成型錐筒件為研究對(duì)象，對(duì)其焊后熱處理校形精度影響因素進(jìn)行了研究，并利用研究結(jié)果指導(dǎo)該錐筒件

2、的熱處理校形工藝及模具尺寸設(shè)計(jì)。
　　在本文中，首先在Abaqus有限元軟件中對(duì)TA15鈦合金錐筒件進(jìn)行了激光焊接數(shù)值模擬。在焊接過程模擬中，采用了模擬焊接金屬熔敷及連接的生死單元技術(shù)，同時(shí)設(shè)置了隨單元生死的動(dòng)態(tài)換熱表面，通過上述處理方法，驗(yàn)證了已發(fā)表文獻(xiàn)關(guān)于鈦合金激光焊接的焊縫形狀及焊縫應(yīng)力分布，發(fā)現(xiàn)拋物線旋轉(zhuǎn)體熱源比雙橢球體熱源能更好地描述激光焊接熱源能量分布，同時(shí)也證明已建立激光焊接模擬模型的正確性。隨后，對(duì) TA15鈦合金

3、錐筒件進(jìn)行激光焊接模擬，發(fā)現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力場、變形場主要集中在距離焊縫中心10mm范圍內(nèi)的焊縫及焊接熱影響區(qū)。其中，殘余應(yīng)力值高達(dá)500至900MPa，綜合位移最大為2.8mm，縱向、徑向、橫向的單向最大位移依次為1.6mm、1.25mm、0.45mm。
　　根據(jù)文獻(xiàn)中TA15合金600℃、650℃、700℃下的應(yīng)力松弛曲線，基于快速、過渡、緩慢松弛三階段建立了TA15合金在上述不同溫度下的本構(gòu)方程，并編寫相應(yīng)本構(gòu)關(guān)系子程序?qū)虢?/p>

4、的高溫環(huán)狀應(yīng)力松弛模型進(jìn)行模擬，所得到的松弛瞬時(shí)應(yīng)力與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，同時(shí)卸載回彈量與理論計(jì)算值也高度吻合，證明TA15鈦合金本構(gòu)關(guān)系子程序編寫正確。
　　利用驗(yàn)證的應(yīng)力松弛本構(gòu)方程子程序研究預(yù)變形量、校形溫度、模具厚度、工件變形程度對(duì)校形精度的影響規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨室溫預(yù)變形量的增加，校形精度先增大后減小，最佳變形量為標(biāo)準(zhǔn)熱脹形時(shí)變形量；對(duì)于溫度及模具厚度來說，其值越大，校形精度越高，其中溫度影響顯著，模具厚度影響有限；工