新材料新工艺：
双层板激光焊接/超塑成形数值模拟及工艺研究
徐萌萌
陈明和
王大刚
（南京航空航天大学机电学院，南京210016）
文摘选取TC4钛合金四层板加强结构中双层板为研究对象，采用激光穿透焊接工艺代替传统超塑成形/扩散连接（SPF/DB)工艺中涂止焊剂连接。借助ABAQUS有限元分析软件对超塑成形过程进行分析，得到优化的压力-时间(p-t)曲线，作为双层板超塑成形过程的气压加载曲线，进行实验验证。结果表明：成形后零件壁厚分布均匀，焊缝处无撕裂现象，与有限元模拟结果保持一致；用此新工艺代替传统SPF/DB工艺中的止婵剂具有可行性。
关键词TC4钛合金，激光焊接，超塑成形，数值模拟
NumericalSimulationandLaserWelding/Superplastic
FormingProcessResearchof CoreSheets
XuMengmeng
WangDagang
Chen Minghe
(College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016)
Abstract Two-layer core sheets of TC4 titanium alloy four-sheet strengthened structure were researched. The sheets were welded by laser penetration welding instead of traditional superplastic forming/diffusion bonding (SPF/ DB) process coated with check flux. The superplastic forming of the core sheets were simulated by ABAQUS finite el-ement analysis(FEM). Optimized pressure-time (p-t) curve was obtained. The p-t curve was used as the pneumatic loading curve of this process,then use superplastic forming test to verify it. It reveals that the FEM results consist with the experimental results, the thickness distribution is homogeneous,no weld tear phenomenon occurred. So the pro posed process is feasible.
Key wordsTC4 titanium alloy,Laser welding,Superplastic forming,Numerical simulation
0引言
超塑性成形与超塑成形/扩散连接（SPF/DB）工艺已成为航空航天领域制造钛合金多层板加强结构的一种重要工艺1-5]。传统的SPF/DB技术热循环过程中，扩散连接需要板料在高温下停留一定时间，这对材质有不利影响；另外，双层板间的焊缝窄长，需精确留出气路，使得止焊剂图形制备比较困难，稍有不慎就会导致各成形单元之间连接不充分或气路堵死[6】，影响SPF/DB工艺的质量，
近年来，为解决超塑成形工艺中存在的问题，拓展超塑成形技术的应用范围，搅拌摩擦焊、激光焊、钎焊、等离子弧焊、真空电子束焊、热等静压等连接方式被引人到超塑成形技术中，用来代替一部分扩散连
接，获得了良好的效果。其中，激光焊接以其独特的优势引起了航空制造部门的极大关注。激光焊接技术是在激光发生器上预先焊接双层板结构并精确的留出气路，整个过程不需要任何止焊剂，具有热源密度集中、热影响区小、可控性好等优点，激光焊接后残余应力和焊接变形小，所得焊缝窄(7-)，从而消除单元间连接不充分或气路堵死等隐患，提高零件的精度与质量。
利用非线性有限元对超塑成形过程进行数值模拟已成为超塑成形研究中的重要手段。本文利用 ABAOUS有限元分析软件对钛合金双层板结构的超塑成形过程进行数值模拟，得到优化p-t曲线，并以模拟结果为基础进行工艺研究。
收稿日期：2013-05-15
作者简介：销期，1988年出生，硕士研究生，主要从事塑性材料新技术的研究工作。E-mail：xumenpmeng_027@126.con
26 万方数据
宇航材料工艺htp：//www.yhelgy.com2013年第5期