鋁合金焊接技術(shù)_第1頁
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文檔簡介

1、鈦合金焊接技術(shù)日期:08121009:00:09作者:鮮雪強川航機務(wù)部由于鈦合金低重量、強度高、耐腐蝕性優(yōu)異,又具有與先進復(fù)合材料在熱學(xué)、電化學(xué)方面的相容性,一直是航空、宇航工業(yè)上應(yīng)用的重要結(jié)構(gòu)材料。焊接作為鈦合金加工中的重要手段,在提高材料利用率、減輕結(jié)構(gòu)重量、降低成本等方面有獨特的優(yōu)勢,因此有必要研究飛機結(jié)構(gòu)修理中的鈦合金焊接技術(shù)。關(guān)鍵詞:焊接、疲勞性能、殘余應(yīng)力、疲勞壽命一、鈦合金焊接的重要性一、鈦合金焊接的重要性疲勞斷裂是材料在

2、交變載荷(或應(yīng)力)作用下發(fā)生的破損斷裂。國內(nèi)外研究表明,飛機結(jié)構(gòu)疲勞破壞是飛機主要破壞形式。早期設(shè)計的飛機只考慮靜強度問題,直到上個世紀(jì)五十年代,隨著航空事業(yè)的不斷發(fā)展,飛機性能不斷提高,飛機的使用要求不斷嚴(yán)格,飛機在使用過程中疲勞破壞與安全可靠性之間的矛盾逐漸暴露出來。焊接是一種運用(多種情況下為局部)加熱或加壓手段、添加或不添加填充材料將構(gòu)件不可拆卸的連接在一起,或在基材表面堆敷覆蓋層的加工工藝。焊接技術(shù)廣泛的應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個部

3、門,如機械工程、橋梁工程、壓力容器船舶工程、航空航天等領(lǐng)域。焊接結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛,無論是在航天領(lǐng)域還是在一般的工程領(lǐng)域,無論是小部件還是大型結(jié)構(gòu),都在不斷擴大焊接結(jié)構(gòu)的比重。例如,飛機中央翼焊接下壁板是關(guān)鍵承力構(gòu)件,承受機翼傳來的彎矩、扭矩、剪力和油箱壓力的作用;在國外第四代戰(zhàn)斗機中鈦合金含量已達到40%左右。而對于鈦合金焊接結(jié)構(gòu)疲勞特性與壽命評估技術(shù)的研究則是為實現(xiàn)鈦合金結(jié)構(gòu)在先進飛機上的合理使用,所必不可少的前提條件之

4、一。二、焊接區(qū)域材料性能的確定二、焊接區(qū)域材料性能的確定焊接接頭由焊縫、熱影響區(qū)、母材組成,是一種非均質(zhì)材料,各向異性。熱影響區(qū)是焊縫到母材的過渡區(qū)域,其材料性能也介于焊縫和母材之間。當(dāng)前焊接件疲勞性能的評估方法基于經(jīng)驗和結(jié)構(gòu)特征,即根據(jù)不同的焊接結(jié)構(gòu)幾何形狀和加載狀況,將焊接件進行分類。疲勞壽命用名義應(yīng)力法進行評估,現(xiàn)階段對于名義應(yīng)力的獲得,大都采用結(jié)構(gòu)應(yīng)力或熱點應(yīng)力的方法,此種方法簡單的說就是通過焊趾附近距離焊趾不同長度處兩點的應(yīng)力

5、值線性推廣得到熱點應(yīng)力值。線性推廣的方法有很多種,在用此方法時應(yīng)該注意:(1)一般用沒有偏移的理想的焊接接頭進行有限元分析,應(yīng)該用最大主應(yīng)力來表達熱點應(yīng)力;(2)計算熱點應(yīng)力時,單元網(wǎng)格應(yīng)足夠精細(xì),網(wǎng)格長度比不大于3。用20節(jié)點塊元時,單元大小為ttt(t為板厚),用8節(jié)點和4節(jié)點板殼元時,取tt和0.5t0.5t;(3)用板殼元的表面應(yīng)力作為熱點應(yīng)力。也有許多人采用由0.4t和1t處的應(yīng)力值進行線性推廣的方法。熱點應(yīng)力法在現(xiàn)階段得到了

6、廣泛的應(yīng)用,非常適用于對某一類給定結(jié)構(gòu)的焊接件進行評估,這種方法當(dāng)然也有其局限性,那就是很難精確確定焊接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力,計算結(jié)果經(jīng)常受到單元尺寸和載荷類型的影響。國外研究者G.Savaidis和M.Vmwald運用熱點應(yīng)力法對客車底部焊接結(jié)構(gòu)進行了數(shù)值模擬和試驗研究,研究表明國際焊接學(xué)會關(guān)于簡化焊接結(jié)構(gòu)有限單元網(wǎng)格的方法具有足夠的精確度,熱點應(yīng)力法計算結(jié)果表明失效一般發(fā)生在焊趾或熱影響區(qū),與試驗結(jié)果完全吻合,同時作者也指出由于分析結(jié)果依

7、賴于熱點應(yīng)力的定義方法,并不能將本文的研究結(jié)果推廣到一般的工程應(yīng)用中去。國外研究者P.Dong提出了一種與單元大小無關(guān)的熱點應(yīng)力定義方法,并用此方法對焊接接頭的疲勞性能進行數(shù)值了模擬取得了較好的結(jié)果。由于焊接接頭的特殊結(jié)構(gòu),我們也可以用斷裂力學(xué)的方法對焊接結(jié)構(gòu)進行研究。一些研究者提出了假設(shè)半徑的方法,認(rèn)為具有相同深度和圓角半徑的裂紋和缺口具有相同的疲勞極限,此種方法假設(shè)斷裂處缺口半徑為1mm,缺點是有限元模型的建立比較困難,假設(shè)半徑的引

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