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第 25 卷 　第 1 期 焊接学报 Vol. 25 　　　No. 1 2 0 0 4 年 2 月 TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDIN G INSTITU TION February2004 BT20 钛合金电子束焊接残余应力 三维有限元数值模拟 1 2 2 3 3 陈芙蓉 , 　霍立兴 , 　张玉凤 , 　刘方军 , 　陈　刚 ( 1. 内蒙古工业大学 材料科学与工程学院, 呼和浩特 　010062 ; 2. 天津大学 材料科学与工程学院 , 天津 　300072 ; 3. 北京航空制造工程研究所 , 北京 　100024) 摘 　要 : 研究钛合金电子束焊接构件残余应力的大小和分布 , 了解残余应力的形成机 理 ,具有十分重要的理论和实际意义。作者利用 ANSYS 程序模拟了 B T20 钛合金电子 束焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及焊接接头应力场的变化和残余 应力的分布。计算结果表明 ,钛合金薄板焊缝中心残余拉应力的峰值达到焊缝金属屈 服强度 σ的 60 %～70 % ;焊后电子束局部热处理可以降低焊缝中心处的拉伸残余应力 s 值 ,降低约 50 %左右 ;用所建模型计算得到的数值结果规律与实测的残余应力值基本 一致。 关键词 : 电子束焊接; B T20 钛合金 ; 有限元 ; 残余应力 ( ) 中图分类号: TG436. 5 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 0253 - 360X 2004 01 - 61 - 05 陈芙蓉 0 　序　　言 分布 ,并与实测结果进行了比较。并详细分析了电 子束焊接焊后电子束局部热处理对钛合金薄板残余 随着钛合金应用的日益广泛 ,钛合金材料焊接 应力的影响机理。 特点及其结构在使用过程中的安全可靠性问题也越 来越引起人们的关注。而焊接残余应力是影响构件 1 　焊接温度场和应力场有限元计算 强度和寿命的主要因素之一。电子束焊接的加热方 式为独特的高能束流冲击方式 , 虽然构件变形范围 1. 1 　试验材料、焊接和局部热处理工艺 小 ,但其焊接残余应力由于温度梯度大而可能达到 试验用母材为国产的俄罗斯牌号轧制 B T20 钛 很大的数值[1～3 ] 。因此 ,研究钛合金电子束焊接构 ( 合金薄板 , 板厚 2. 5 mm , 其化学成分 质量分 件残余应力的大小和分布 , 了解残余应力的形成机 ) 数 , % 是 Al 6. 90 , V 1. 75 , Mo 1. 75 , Zr 2. 25 , Fe 理 ,具有十分重要的理论和实际意义。 0. 25 , N 0. 05 , C 0. 10 , Si 0. 05 , H 0. 001 7 , 电子束局部热处理是一种新型的电子束热处理 O 0. 080 。研究