激光超聲振動焊修技術(shù)

第1章緒論 1
1.1引言1
1.2激光焊接技術(shù)2
1.2.1激光焊接原理3
1.2.2激光深熔焊小孔效應(yīng)3
1.2.3激光深熔焊能量吸收機制4
1.2.4激光深熔焊光致等離子體現(xiàn)象4
1.2.5鈦合金激光焊接的常見缺陷5
1.3焊接殘余應(yīng)力6
1.3.1橫向殘余應(yīng)力σY6
1.3.2橫向殘余應(yīng)力分布6
1.3.3殘余應(yīng)力的不良影響7
1.4焊后處理工藝8
1.4.1焊前預(yù)處理8
1.4.2隨焊處理8
1.4.3焊后處理9
1.5超聲振動隨焊對熔凝行為的影響11
參考文獻13

第2章脈沖激光點熱源作用下金屬的溫度場 15
2.1引言15
2.2溫度場的計算模型15
2.2.1激光加熱金屬板傳熱模型15
2.2.2有限元解析方法17
2.3脈沖點熱源加熱金屬溫度場模型的建立20
2.3.1物理模型20
2.3.2 激光能量加載模型21
2.3.3材料參數(shù)25
2.3.4初始條件及邊界條件28
2.4單脈沖作用下金屬的熱響應(yīng)28
2.4.1溫度場的分布28
2.4.2溫度場的演變30
2.4.3溫度梯度場的分布31
2.5多脈沖點熱源作用下金屬的熱響應(yīng)34
2.5.1溫度場的分布34
2.5.2溫度場的演變35
2.5.3溫度梯度場分布36
參考文獻38

第3章脈沖點熱源作用下金屬的應(yīng)力場 39
3.1引言39
3.2彈塑性本構(gòu)關(guān)系39
3.2.1屈服準則40
3.2.2強化法則41
3.2.3增量本構(gòu)關(guān)系43
3.2.4彈塑性本構(gòu)關(guān)系的矩陣形式43
3.2.5熱彈塑性本構(gòu)關(guān)系45
3.2.6有限元求解方法46
3.2.7熱應(yīng)力場耦合求解47
3.3有限元模型的建立48
3.3.1材料參數(shù)48
3.3.2初始條件48
3.3.3邊界條件49
3.4單脈沖作用下金屬的應(yīng)力響應(yīng)49
3.4.1應(yīng)力場分布特點49
3.4.2應(yīng)力場演變特點51
3.5多脈沖點熱源部分疊加加熱金屬板的應(yīng)力響應(yīng)55
3.5.1縱向應(yīng)力55
3.5.2橫向應(yīng)力58
3.5.3殘余應(yīng)力60
3.5.4殘余應(yīng)力與熔深的關(guān)系61
參考文獻66

第4章激光振動焊修試驗方法 67
4.1超聲振動系統(tǒng)67
4.1.1處理工藝67
4.1.2試驗系統(tǒng)及裝置68
4.1.3焊接工裝設(shè)計及系統(tǒng)力學模型72
4.2可視化驗證試驗74
4.2.1試驗方法76
4.2.2不同液體的表現(xiàn)77
4.3激光焊接工藝參數(shù)回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計78
4.3.1二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗設(shè)計79
4.3.2試驗方案80
4.3.3試驗結(jié)果與分析81
4.3.4優(yōu)化焊接參數(shù)試驗驗證86
參考文獻87

第5章超聲振動對激光焊接熱循環(huán)的影響 88
5.1激光焊接熱循環(huán)試驗系統(tǒng)88
5.1.1測溫方式和溫度采集模塊88
5.1.2溫度傳感器計算89
5.1.3熱循環(huán)測試軟件及模塊集成90
5.2激光焊接熱循環(huán)的特征參數(shù)和數(shù)學表征分析92
5.2.1特征溫度點的分析及TC4相變點的測定92
5.2.2焊接熱循環(huán)歷程的數(shù)學表征93
5.3超聲振動激光焊接熱循環(huán)試驗94
5.3.1試驗材料與方法94
5.3.2試驗結(jié)果95
5.3.3超聲對焊接過程的熱影響分析98
5.3.4試驗結(jié)果分析100
5.4不同超聲功率下的焊接最高溫度預(yù)測模型103
5.4.1最高溫度預(yù)測模型104
5.4.2最高溫度預(yù)測模型的驗證106
參考文獻107

第6章超聲振動對接頭組織的影響 108
6.1超聲振動對焊接修復(fù)裂紋宏觀形貌的影響108
6.2超聲振動對接頭晶粒的影響111
6.2.1試驗方法111
6.2.2試驗結(jié)果與分析111
6.3超聲振動對馬氏體相變的影響117
6.4超聲振動對焊接缺陷的影響119
6.4.1試驗設(shè)備與方法120
6.4.2試驗結(jié)果與分析120
6.5超聲振動對位錯的影響124
參考文獻127

第7章超聲振動對接頭力學性能的影響 128
7.1試驗設(shè)備與方法128
7.1.1再裂紋焊接修復(fù)試驗方法128
7.1.2拉伸性能測試方法128
7.1.3沖擊性能測試方法128
7.1.4疲勞性能測試方法129
7.1.5接頭顯微硬度測試方法130
7.2超聲振動對裂紋激光焊接修復(fù)接頭力學性能的影響130
7.2.1對接頭拉伸性能的影響130
7.2.2對接頭沖擊性能的影響133
7.2.3對接頭疲勞性能的影響137
7.2.4對接頭顯微硬度的影響139
7.3超聲振動對接頭斷口形貌的影響142
7.3.1對拉伸斷口形貌的影響142
7.3.2對沖擊斷口形貌的影響143
7.3.3對疲勞斷口形貌的影響145
參考文獻149

第8章超聲振動對殘余應(yīng)力和變形的影響 151
8.1焊接殘余應(yīng)力應(yīng)變的相關(guān)測量方法151
8.1.1焊接應(yīng)力的分類151
8.1.2焊接應(yīng)力的測量方法152
8.2殘余應(yīng)力的描述方法154
8.2.1殘余應(yīng)力與殘余變形的關(guān)系154
8.2.2試驗件的設(shè)計158
8.2.3熔深與殘余變形的關(guān)系159
8.3焊接殘余應(yīng)力分布規(guī)律及超聲振動下的衰減機理162
8.3.1鈦合金薄板焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律162
8.3.2焊接殘余應(yīng)力在超聲振動下的衰減機理164
8.4超聲振動對一次裂紋修復(fù)殘余應(yīng)力的影響168
8.4.1試驗方法169
8.4.2試驗結(jié)果與分析172
8.5超聲振動對再裂紋修復(fù)殘余應(yīng)力的影響178
8.5.1試驗結(jié)果178
8.5.2試驗結(jié)果與分析179
8.6超聲振動控制裂紋修復(fù)殘余應(yīng)力的工藝穩(wěn)定性分析182
8.7超聲振動對焊接殘余變形的影響184
8.7.1試驗材料與方法184
8.7.2試驗結(jié)果與分析185
8.8基于超聲振動的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的相關(guān)性分析189
參考文獻192