Heat source analyses of dual laser-beam bilateral synchronous welding for T-joint

The DLBSW（ dual laser-beam bilateral synchronous welding） technology of T-type joint has been widely used for the connection of skins and stringers in airplane industry. To understand the thermodynamic and mechanical behavior of this process, it is necessary to establish a reasonable heat source model. Two different surface-body combination heat source models are adopted in this paper. Both models use the Gaussian surface heat source model and one is combined with the cone body heat source model and the other is combined with Gaussian rotator body heat source model. The simulation results of these two different models are investigated. And the temperature field results of DLBSW process for T-joint with two different heat sources are discussed. It is indicated that the combination heat source model is effective to simulate the DLBSW process and the current study is useful for more profound research in this field.

框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形仿真研究

针对框桁式火箭贮箱壁板结构双激光束双侧同步焊接(DLBSW)变形开展仿真研究。首先,建立了框桁式火箭贮箱壁板结构DLBSW有限元模型,并通过试验验证了该模型的可靠性;其次,重点考察了焊接顺序与方向对框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形的影响,获得了变形控制策略;最后,采用该优化方案,成功完成了框桁式火箭贮箱DLBSW壁板的研制。结果表明,采用“交叉中心焊”的焊接顺序,可极大程度地降低焊接变形;在焊接顺序优化的基础上,改变中间三条焊缝的焊接方向,可进一步降低焊接变形。

铝锂合金双激光束双侧同步焊接各向拉伸性能分析

以新型航空铝锂合金2060为主要研究对象,采用经前期试验验证的较优的激光焊接工艺参数开展焊接试验,制取接头试样,并设计了不同方向的拉伸试验.研究了焊接接头在纵向、环向等各个方向上的拉伸强度性能,分析了激光功率、焊接速度等工艺参数对接头拉伸性能的影响.结果表明,2060铝锂合金具有较好的激光焊接工艺适应性,但在接头软化、拉伸性能控制等方面有待开展进一步研究.

焊接顺序对钛合金H型单桁条结构残余应力分布的影响

利用有限元分析法模拟计算了不同焊接顺序下TC4钛合金H型单桁条结构双激光束双侧同步焊接过程的应力应变场,对三种焊接顺序下焊后应力分布进行了对比分析。研究表明:不同焊接顺序下,钛合金H型单桁条结构的始焊、终焊位置以及焊缝附近均存在较高的应力水平,随着远离焊缝区,残余应力呈降低趋势。当焊接顺序为自蒙皮中心焊至边缘时,焊后应力水平最低,其中峰值纵向拉应力和横向拉应力分别达到了970MPa和182MPa,说明该焊接顺序为最优方案。

驱动力对2219铝合金DLBSW焊接熔池行为的影响

为了探索激光焊接熔池驱动力与焊接过程中熔池流动之间的关系,构建2219铝合金T形结构双激光束双侧同步焊接(dual laser-beam bilateral synchronous welding,DLBSW)过程热-流耦合模型.分析表面张力、反冲压力、重力及热浮力对熔池流动的驱动作用,并阐述这些驱动力共同作用下的熔池流动机理.结果表明,熔池表面的流体,其主要受到表面张力的驱动作用;对于熔池下端左侧及后方形成的环流,其主要受到表面张力、热浮力及重力的共同驱动作用;匙孔下方熔池底部在重力及热浮力的共同作用下沿熔池边缘流动.

晶粒尺寸对双激光束双侧同步焊接接头力学性能的影响

用ER4047焊丝对厚度为2.0 mm的2060/2099铝锂合金进行双激光束双侧同步焊接实验,定量分析了晶粒尺寸对铝锂合金T型焊接接头力学性能的影响。实验结果表明,等轴细晶区内晶粒近似为圆形,当焊接热输入为46.16 J/mm时,晶粒的尺寸最小。随着随焊接热输入的增大,等轴细晶区的宽度逐渐增大,柱状晶尺寸逐渐减小,铝锂合金T型接头的焊缝熔合线区域发生局部软化现象,导致该区域内的显微硬度最低。T型环向拉伸实验结果表明,下熔合线区域为接头薄弱区,该区域内晶粒尺寸对焊接接头力学性能的影响也最大。焊趾处为应力集中区域,也是拉伸断裂的起始点。拉伸断裂过程中,裂纹由焊趾处逐渐扩展至下熔合线,最终在下熔合线的蒙皮处断裂。研究结果表明,熔合区内的晶粒尺寸越小,焊接接头的力学性能越好。

激光功率对双激光束双侧同步焊接TC4钛合金T型接头断裂性能的影响机理

TC4钛合金具有良好的综合力学性能,其激光焊接结构现已广泛应用于航空航天等领域。通过开展TC4钛合金双激光束双侧同步焊接试验,对不同激光功率下钛合金T型接头进行微观组织观察、Z向拉伸试验以及断口观察。结果表明,激光功率的提高可显著增大接头的熔深、熔宽,激光功率为2.1 kW时,接头热影响区多为细小的等轴晶粒,当激光功率提高至2.3 kW时,下熔合线下部出现大面积粗晶区,部分晶粒尺寸超过了100μm。此外,热输入的提高导致了接头焊缝区强度的降低,采用激光功率为2.3 kW的拉伸试样,其断裂面贯穿焊缝区域,断裂强度远低于采用较低功率的1号试样。断面微观形貌显示,激光功率较高时,试样断裂模式为韧性断裂与解离断裂组成的混合断裂。