钛合金焊接变形工艺试验与银焊条点焊

钛合金焊接变形的基础上搭建了用于焊接纵向挠曲变形测量的移动式千分表测量系统。并围绕TC4钛合金激光焊接及焊后变形测量进行了工艺试验，其变形特征以及线能量对焊后变形的影响。试验结果显示：TC4钛合金薄板激光焊接时出现典型的纵向挠曲失稳变形，且失稳发生在焊接结束后冷却过程中；试件的焊后纵向挠曲变形量随焊接过程线能量输入的减小而减小。

本文也进行了焊接过程数值模拟分析，利用ANSYS软件实现了钛合金激光焊接时的三维瞬态温度场与应力场数值模拟。表明：钛合金激光焊接过程中材料被加热并冷却，温度场从非稳态过渡到稳态，呈现出流星状的稳定分布，焊缝的热影响区很小；模拟与试验获得的焊缝熔合线相吻合；焊件热影响区附近的应力较大，且其值随焊接时间增加而增大，临近结束时应力出现明显的边界效应；熔池前部存在很大的压应力，而熔池的尾部为拉应力。

银焊条大量生产中，单面多点点焊获得广泛应用。这时可采用由一个变压器供电，各对电极轮流压住工件的型式，也可采用各对电极均由单的变压器供电，全部电极同时压住工件的型式。后一型式具有较多优点，应用也较广泛。其优点有：各变压器可以安置得离所联电极近，因而，其功率及尺寸能显著减小；各个焊点的工艺参数可以单调节；银焊条全部焊点可以同时焊接、；全部电极同时压住工件，可减少变形；多台变压器同时通电，能三相负荷平衡。

银焊条点焊的基本方法单面点焊时。电极由工件的同一侧向焊接处馈电，典型的单面点焊方式，单面单点点焊，不形成焊点的电极采用大直径和大接触面以减小电流密度。无分流的单面双点点焊，此时焊接电流全部流经焊接区。银焊条有分流的单面双点点焊，流经上面工件的电流不经过焊接区，形成风流。为了给焊接电流提供低电阻的通路，工件下面垫有铜垫板。当两焊点的间距l很大时，例如在进行骨架构件和复板的焊接时，为了避免不适当的加热引起复板翘曲和减小两电极间电阻，采用了特别的铜桥A与电极同时压紧在工件上。

对于焊接变形的控制，本文提出了一种采用被液氮冷却后的氩气对焊接时激光热源的后部进行跟随激冷，以实现焊接过程中变形主动控制的随焊气体动态冷却方法，简称SGCW。并采用该方法进行了工艺试验，对比分析了常规激光焊和SGCW焊接获得的试件，该技术运用中冷源参数对变形控制效果的影响。结果表明：SGCW试件的翘曲变形与残余等效应力均比常规激光焊试件小；当冷热源间距d取10~15mm，氩气流量q为10L/min时，试件的纵向挠曲变形量较常规激光焊减小了约246%，变形控制效果较好。在合适工艺参数与冷源参数的条件下，SGCW技术对接头的金相组织和力学性能没有影响。

焊接数值模拟的结果为焊接变形控制方法的提出提供了理论依据，变形测量结果为焊接变形控制方法的实现提供了技术依据，而常规激光焊和SGCW焊接试件的对比证明了SGCW变形控制技术的可行性，优化后的工艺参数与冷源参数能为实际生产提供参数设计依据，指导钛合金薄壁结构件的焊接制造。