钛合金结构件电子束焊接工艺研究

摘要

以ZTC4材料为例，对钛合金结构件焊接工艺进行了深入的研究。通过研究钛合金电子束焊接接头的室温性能、电子束焊及氩弧焊接头的性能对比等评价了钛合金类材料电子束焊接接头的力学性能，分析了焊接参数对钛合金电子束焊缝的影响和控制焊接变形的主要措施，总结出适合钛合金结构件电子束焊接的工艺方案。 本文分别分析了钛合金材料的焊接特性和电子束焊接的原理，由于电子束焊接技术的独特优点，使其在钛合金焊接上具有非常明显的优势，利用电子束焊接各种独特的优点，完成钛合金特殊结构的焊接。 通过对钛合金电子束焊接接头的室温力学性能的研究结果表明，采用电子束焊接方法焊接ZTC4钛合金后，进行室温拉伸实验测试时，断裂发生在远离焊缝中心的母材上，说明焊接接头的强度不小于母材的强度。研究中还发现，由于电子束焊接净化了ZTC4焊缝内部，电子束焊接接头的抗拉强度(901MPa)远高于手工钨极氩弧焊的焊接接头抗拉强度(831MPa)。 通过试验确定了电子束焊接参数，并进行了实际结构件的电子束焊接。对实际结构件电子束焊缝质量和尺寸进行了检测。检测表明，ZTC4材料的结构件采用电子束焊接，焊接变形小，焊后机匣的圆度可达0.5mm，支板的挠曲度可达0.9mm，结构尺寸易于保证，焊缝质量可以满足设计图纸要求。 研究过程中发现，焊接应力与焊接变形是直接影响焊接结构性、安全可靠性和制造工艺性的重要因素。它会导致在焊接接头中产生冷、热裂纹等缺陷，在一定的条件下还会对结构的断裂特性、疲劳强度和形状尺寸精度有不利的影响。焊接时的局部不均匀热输入是产生焊接应力与焊接变形的决定因素。本文针对钛合金焊接件提出了减少和控制焊接变形的有效方法，即焊前采用组合定位焊夹具进行装夹固定，以减小结构的焊接变形;焊后采用真空热定型方法，消除焊接应力，利用胎具进行矫形。 通过试验研究，总结、优化出适合钛合金类材料电子束焊接的工艺方案，按照此方案生产得到的实际结构件焊接效果良好，产品质量稳定，已成功运用到实际生产中，为今后此类零件的生产做出了有效、实用的工艺方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1电子束焊接技术研究现状

1.2国内外电子束焊接技术水平对比

1.3电子束焊接原理及特点

1.4应用前景

1.5研究内容

2 钛合金电子束焊接接头的性能研究

2.1钛合金的应用

2.2钛合金的特点

2.3钛合金的可焊接性研究现状

2.4实验材料与设备

2.5 小结

3 电子束焊接工艺参数研究

3.1焊接参数

3.2焊接参数研究

3.3小结

4 焊接变形的控制

4.1焊接变形的产生

4.2机匣组件的焊接变形

4.3控制和消除焊接变形

4.4小结

5 钛合金结构件电子束焊接工艺研究

5.1焊接方法的选择

5.2接头型式

5.3焊前准备

5.4实际构件的电子束焊接

5.5 小结

结论

参考文献

致谢