鈦合金電子束深熔焊熔池傳質及釘尖缺陷研究.pdf

1、本文利用有限元軟件ANSYS對鈦合金電子束深熔焊熔池流動進行了模擬計算,采用元素示蹤法對熔池傳質進行了分析,采用X射線無損檢測、光學顯微鏡、SEM對TA15鈦合金電子束釘尖缺陷的產(chǎn)生機理、影響因素和控制措施進行了研究。
　　ANSYS數(shù)值模擬結果表明,熔池表面的熔體始終在表面張力的作用下渦漩運動且存在著最大的速度,其速度最大可達0.295m/s。當匙孔形成后,熔池內部的熔體在金屬蒸汽反沖壓力的作用下由下向上運動,在熔深方向上熔體速

2、度呈隨著熔深的增加速度降低的趨勢。在匙孔填充階段,熔池內形成兩對流向相反地渦漩,熔體速度逐漸減小,當匙孔填充完成后,只有熔池的表面熔體存在渦漩流動。
　　W示蹤試驗發(fā)現(xiàn),W存在于整個焊縫橫截面,在熔深方向上W含量從預置層位置向兩側遞減,在熔寬方向上出現(xiàn)“分層”。電子束深熔焊熔池傳質過程可以分為五個階段:a)匙孔形成初期、b)匙孔形成中期、c)匙孔形成后期、d)匙孔填充e)匙孔閉合。在電子束焊接熔池傳質過程中,熔池的流動傳質對焊縫的

3、最終成分與分布起主導作用。
　　TA15鈦合金釘尖缺陷的形成機理為:熔池匙孔內存在大量高蒸汽壓Al蒸汽,Al蒸汽阻礙流體填充匙孔根部;匙孔填充金屬由于速度太小以及匙孔根部太細小在未達到匙孔根部就發(fā)生了閉合,又因電子槍脈沖波動導致焊接方向上熔深波動,在熔池根部形成了密閉的空腔,使熔池內的金屬蒸汽不能逸出熔池,熔池根部快速凝固形成釘尖缺陷;下聚焦、低電流、高速度的焊接方式,采用復雜的掃描波形等均可以有效的減緩釘尖缺陷的程度和數(shù)量。