吴新强，王少刚，李 燕

(南京航空航天大学 材料科学与技术学院，江苏 南京 210016)

Ti-6AI-4V钛合金电子束焊接有限元分析

吴新强，王少刚，李 燕

(南京航空航天大学 材料科学与技术学院，江苏 南京 210016)

采用有限元方法模拟分析了厚6 mm的Ti-6Al-4V钛合金电子束焊接过程，计算研究了瞬态温度场的分布特点、规律及特征点的温度变化历程，在准确计算焊接温度场的基础上通过热-应力顺序耦合，模拟计算了Ti-6Al-4V钛合金电子束焊接头的应力场的分布特征。结果表明：模拟计算的焊缝形貌与实际焊接试验所得基本吻合，焊接温度场整体呈卵形分布特征，具有明显的温度梯度；焊接接头区域呈现三维应力状态，应力分布复杂、无一定规律可循且高值应力集中于焊缝中心部位，应力峰值随距离焊缝中心距离的增加而降低，远离焊缝区域的应力峰值较低且分布及变化不明显。

Ti-6Al-4V；电子束焊接；有限元分析；温度场；残余应力

0 前言

随着Ti-6Al-4V钛合金在航空航天等领域中的应用逐渐增加，作为一种先进的焊接技术，电子束焊接在制造飞行器、航空发动机等重要承力结构的应用也日益广泛[1-2]。电子束焊接工艺具有热源直径小，瞬时热量高度集中，热循环速度快等特点[3]，导致接头区域的温度分布极不均匀，内部存在较大温度梯度，在焊接过程中，由于焊缝金属及其附近区域材料经历不同的加热膨胀与冷却收缩，易产生较大的焊接应力，焊接残余应力值甚至可能达到材料的屈服极限[4]。……