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船用钛合金中厚板激光电弧复合热源焊接工艺及数值模拟研究
| 论文题名： | 船用钛合金中厚板激光电弧复合热源焊接工艺及数值模拟研究 |
| 关键词： | 船用钛合金;激光-CMT复合焊接;焊接工艺;焊缝成形;数值模拟 |
| 摘要： | 钛合金是一种优异的海洋金属，由于高温下容易与N、O、H等元素发生反应造成冷裂纹倾向大，焊接性较差，对于钛合金而言，尤其中厚度板及以上的钛合金，一个好的焊接方法尤为重要。 本文针对中厚板钛合金复合焊接单道焊双面成形工艺不成熟的现象，采用激光-CMT复合焊接的方法对10mm的TC4合金进行工艺参数研究和数值模拟分析。首先通过UG软件针对钛合金产品的结构特点，设计了相应的复合夹具，然后采用正交试验的方法，摸索出激光-CMT复合焊接中离焦量、光丝间距、焊接速度、保护气流量、焊接速度、电弧参数等焊接参数对于焊缝成形的影响趋势，并找到相对合适的工艺参数范围。分析初步参数下的焊缝成形及缺陷问题，弄清楚焊接过程中驼峰问题形成的机理及应对方法，最终对参数进行进一步优化，获得更加良好的焊缝接头，实现10mm厚钛合金单道焊双面成形的突破。 使用优化过后的参数进行焊接试验并对焊件进行组织观察分析力学性能，着重分析海水环境下的腐蚀性能。通过对焊缝接头进行组织观察、拉伸试验和硬度分析来分析焊接过程中钛合金组织变化规律及机理;并通过电化学腐蚀试验的极化曲线与阻抗谱曲线来分析焊缝中不同区域的抗腐蚀性能，发现焊缝熔合区及热影响区的耐腐性要优于原始母材;最后经过X射线探伤的评定该焊缝属于Ⅰ级焊缝。 使用有限元模拟的方法将网格进行非线性划分，采用双椭球热源模型模拟CMT热源，3D高斯热源模型模拟激光热源，并将两种热源模型进行耦合和二次开发，导入处理好的热源参数，进行了焊接过程的数值模拟试验。通过验证发现模拟过程与实际过程中的温度场分布规律吻合、热循环曲线也十分接近、稳定状态下的熔池形貌的顶部熔宽与底部熔宽与实际焊缝的误差分别为6.34％和7.05％，说明此次模拟热源的正确性及该焊接参数对于10mm钛合金应用的可行性。 |
| 作者： | 王清龙 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 苗玉刚;封小松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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