摘要
航空航天TC4钛合金经TIG焊接(钨极氩弧焊)处理后，存在焊接残余应力较大的现象，极大影响其服役性能与使用寿命。因此，对焊后残余应力的调控研究具有重大意义。 本文以TC4钛合金为研究对象，根据实际焊接工艺，分别采用有限元软件ABAQUS模拟与实验验证两种研究方法，研究焊接过程的温度场以及焊后表面残余应力和内部残余应力的分布规律。对焊后的板材开展深冷处理实验，研究不同深冷处理时间对焊件残余应力分布规律以及残余应力大小的影响，并对不同深冷处理时间下焊件的力学性能进行了探究。本文研究内容主要包括如下4个方面。 (1)根据实际焊接过程，利用ABAQUS建立了TC4钛合金TIG焊有限元模型，得到了焊接过程温度场和焊后残余应力场的分布规律，分析了不同焊接参数对焊后残余应力场的影响，为实际焊接实验提供理论基础与指导。 (2)对焊接板材进行预处理实验，得到焊接前无应力板材。开展TIG焊实验，对焊接过程中的温度进行测量，并分别对焊件表面残余应力与内部残余应力进行测量。研究分析了焊接残余应力分布规律，并对比验证了实验与仿真结果的真实性。 (3)开展深冷处理实验研究，针对深冷处理时间分别为2h、15h、24h、48h的深冷处理工艺进行了研究，并对焊件表面残余应力和内部残余应力进行测试，得到了深冷处理后焊件残余应力场的分布规律。实验结果表明:随着深冷处理时间的增加，焊件表面和内部残余应力得到消减。深冷处理时间为24h时，焊件表面和内部残余应力大幅降低，焊缝熔合区和热影响区的残余应力消减率达60％,深冷处理时间超过24h之后，焊件的残余应力不再显著变化。 (4)开展显微硬度测试实验，针对深冷处理时间为2h、15h、24h、48h焊件的显微硬度进行了测量，实验结果表明:随着深冷处理时间的增加，焊件显微硬度逐渐提高，深冷处理时间为24h时，焊缝熔合区的显微硬度提高了25％,而深冷处理时间超过24h之后，焊件的显微硬度并无显著变化，综合考虑焊件部分力学性能的改善效果和经济性，选择24h为最佳深冷处理时间。
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