钛合金具有密度小、比强度高、耐热、耐蚀性好、可加工性及抗疲劳性优良等优点 。。。。。焊接是钛合金在工业应用历程中的主要手艺[1] 。。。。。钛合金属于生动金属，，， ，，，在焊接历程中易爆发缺陷，，， ，，，热源加载不匀称且快速，，， ，，，在焊接件中易爆发剩余应力与畸变，，， ，，，影响其结构稳固、承载能力和抗疲劳性能[2] 。。。。。焊接历程涉及变量较多，，， ，，，以生产履历指导焊接本钱较高且不切合现实，，， ，，，因此有须要通过盘算机数值模拟获得焊接历程的定量熟悉[3] 。。。。。
杨露等[4]对TC4?ＥＬＩ合金夹角为171.98°的对接多层焊举行模拟，，， ，，，并对其剩余应力漫衍举行试验验证 。。。。。曾泽群等[5]运用弹性有限元要领盘算了TC4钛合金Ｖ型坡口对接焊剩余应力的释放，，， ，，，但试验效果与模拟值仍保存一定误差 。。。。。李良碧等[6]对TC4及Ti80钛合金焊后热处置惩罚历程举行模拟，，， ，，，发明Ｎｏｒｔｏｎ蠕变模子对焊后热处置惩罚历程举行数值模拟较量合理 。。。。。刘文明等[7]探讨了不锈钢多层多道焊后热处置惩罚对剩余应力的影响，，， ，，，发明模拟值与丈量值仍保存一定误差 。。。。。吕刘帅等[8]对镍基合金管道Ｖ型坡口焊接及热处置惩罚历程举行了模拟，，， ，，，发明适当升高温度举行焊后热处置惩罚，，， ，，，可以在短时间内有用降低剩余应力 。。。。。杜永勤等[9]研究了差别热处置惩罚对TC4合金钨极氩弧焊讨论的影响，，， ，，，发明650℃×1h条件下焊接件力学性能最好 。。。。。现在已有研究中针对TC4钛合金中厚板多层钨极氩弧焊及焊后热处置惩罚的模拟少有涉及，，， ，，，本文针对某厂生产的车辆用悬架结构件TC4钛合金焊接件，，， ，，，使用Ａｎｓｙｓ建设其焊接部位的等效数值模子，，， ，，，探讨焊接及焊后热处置惩罚历程中的温度及应力转变纪律，，， ，，，并剖析讨论组织的转变 。。。。。
1、试验质料与要领
1.1 试验质料
试验质料为两块300mm×150mm×20mm的退火态TC4钛合金板，，， ，，，主要化学因素如表1所示，，， ，，，显微组织如图1所示，，， ，，，为等轴组织形貌，，， ，，，其中β相破碎严重，，， ，，，匀称漫衍于α相基底上，，， ，，，焊缝处填充质料为同质TC4合金实心焊丝 。。。。。
1.2 试验要领
焊接模拟基于海内某厂手工钨极氩 。。。。。ǎ裕酰睿纾螅簦澹睿椋睿澹颍?ｇａｓ，，， ，，，TiＧ）焊参数：讨论类型为对接讨论，，， ，，，开60°Ｘ型坡口，，， ，，，焊接道数为7道 。。。。。氩气纯度≥99.99％，，， ，，，气流量为25L/min，，， ，，，焊接速率为2.5mm／ｓ，，， ，，，焊接工艺参数如表2所示 。。。。。热源模子选择高斯漫衍的面热源[10]，，， ，，，使用生死单位手艺模拟双面交替多道焊时焊丝填充 。。。。。为了明确掌握焊接件在焊接及焊后热处置惩罚历程中的温度场、应力场等转变纪律，，， ，，，假设钛合金板处于理想状态，，， ，，，仅思量热的作用，，， ，，，而不受其他任何外加载荷，，， ，，，也不思量初始应力和变形状态 。。。。。综合思量模拟精度及盘算效率，，， ，，，将靠近焊缝处网格举行加密，，， ，，，模子共划分为25550个单位格，，， ，，，为定量剖析各偏向温度及应力转变，，， ，，，建设特征线ｐａｔｈ1，，， ，，，同时，，， ，，，接纳Ｘ射线衍射法沿ｐａｔｈ1对焊接件剩余应力举行检测，，， ，，，如图2（ａ）所示，，， ，，，焊接坡口及焊接顺序如图2（ｂ）所示 。。。。。焊后热处置惩罚（Ｐｏｓｔ?ｗｅｌｄｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ，，， ，，，ＰＷＨＴ）工艺为650℃保温4ｈ，，， ，，，升温顺冷却速率控制在200℃／ｈ以下 。。。。。
2、效果与讨论
2.1 温度场模拟效果及剖析
由于焊接历程中使用到局部高度集中的移动瞬时热源，，， ，，，爆发不匀称和不稳固的温度场是引起焊接畸变的基础缘故原由 。。。。。因此温度场的准确性是剖析应力应变的条件 。。。。。如图3所示，，， ，，，热源加载处温度最高为2056.5℃，，， ，，，温度线由热源朝母材区及厚度偏向匀称扩散，，， ，，，逐渐下降，，， ，，，热源前方的等温线相对麋集，，， ，，，温度梯度较大；；；；；热源后方等温线较希罕，，， ，，，温度梯度较小，，， ，，，又由于TC4钛合金的导热性能差，，， ，，，以是温度场云图规模小 。。。。。虽然各层温度转变纪律相同，，， ，，，但由于热源瞬时给焊接构件的热能差别，，， ，，，各层焊缝所能抵达的温度也差别，，， ，，，其中第1层焊的峰值温度最低（2183.6℃），，， ，，，第5层最高（2337.8℃），，， ，，，如图4（ａ）所示 。。。。。打底焊在后续正背面交替焊接时会履历多次焊接热循环的“热处置惩罚”作用，，， ，，，填充层和盖面层焊缝同样也履历了差别特征的热循环，，， ，，，第1、4、7层焊缝中心点温度转变如图4（ｂ）所示 。。。。。
TC4钛合金的性能由组织决议，，， ，，，剖析上述焊接工艺对讨论组织的影响：在焊接冷却阶段，，， ，，，焊缝处熔池凝固转变为高温β相，，， ，，，柱状晶以晶界跳跃式位移的方法竞相生长 。。。。。由于焊缝冷却速率较快，，， ，，，抑制了晶粒的扩散剖析，，， ，，，在晶粒内部，，， ，，，体心立方的β相以切变的方法转变为密排六方的αｍ（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅα）相，，， ，，，爆发马氏体转变，，， ，，，差别道次焊缝的组织组成一致，，， ，，，由于TC4合金中保存一定量的元素Ｖ，，， ，，，使少量高温β相在冷却历程中保保存马氏体板条之间，，， ，，，与马氏体呈联生形态，，， ，，，部分αｔ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄα）相在含有较多α稳固元素的β晶界形核，，， ，，，当温度进一步降低时，，， ，，，αｔ相才最先在β晶粒内部析出，，， ，，，如图5（ａ）所示；；；；；αｍ相形核长大后，，， ，，，随着后续冷却匀称析出细小的颗粒状αｇ（Ｇｒａｎｕｌａｒα）相，，， ，，，如图5（ｂ）所示 。。。。。由于差别道次热输入量差别，，， ，，，且在多层焊时，，， ，，，后一道热循环会对前一道焊缝爆发热处置惩罚效果，，， ，，，能够匀称细化组织，，， ，，，因此热输入最小的打底焊的马氏体平均尺寸最小，，， ，，，为19.5μｍ，，， ，，，盖面层虽然焊接热输入不高，，， ，，，但由于未受到热处置惩罚作用，，， ，，，马氏体平均尺寸最粗大，，， ，，，为96.2μｍ，，， ，，，各层马氏体尺寸如图5（ｃ）所示 。。。。。母材区组织仍为初始的退火态等轴组织，，， ，，，热影响区组织为焊缝区与母材区之间的混淆过渡组织 。。。。。
由于焊接历程中爆发较大的温度梯度，，， ，，，各部位由于冷速差别获得差别的组织 。。。。。焊接件各部分组织性能不匀称，，， ，，，因此，，， ，，，有须要对其举行合理的焊后热处置惩罚，，， ，，，以知足现实的使用要求，，， ，，，接纳箱式电阻炉对TC4钛合金焊接件举行650℃×4ｈ，，， ，，，空冷的退火处置惩罚 。。。。。
TC4钛合金焊接讨论经ＰＷＨＴ后，，， ，，，晶格泛起应力松懈 。。。。。在高于400℃时，，， ，，，αｍ最先剖析为次生α＋β相，，， ，，，随着热处置惩罚温度升高，，， ，，，在700℃时αｍ完全转变为次生α＋β相[11] 。。。。。本文ＰＷＨＴ后次生（α＋β）相和αｍ相共存，，， ，，，原始β晶界逐渐变模糊，，， ，，，次生β相呈白色颗粒状或短棒状弥散漫衍，，， ，，，如图6（ａ，，， ，，，ｂ）所示 。。。。。并团结ＸＲＤ数据举行剖析：接纳高斯?洛伦兹曲线拟合，，， ，，，使用3个强度最大的峰获得半高宽（ＦＷＨＭ），，， ，，，以考察加热历程中晶格应变的演变 。。。。。试样在2θ＝40.42°的峰值最高，，， ，，，该峰对应的是（1011）晶面，，， ，，，批注试样中该晶面的取向特殊强烈，，， ，，，其ＰＷＨＴ前后半高宽划分为0.39与0.29 。。。。。第二强峰为2θ＝38.52°，，， ，，，对应（0002）晶面，，， ，，，其ＰＷＨＴ前后半高宽划分为0.48与0.27 。。。。。第三强峰为2θ＝35.36°，，， ，，，对应（1010）晶面，，， ，，，其ＰＷＨＴ前后半高宽划分为0.36与0.34 。。。。。经ＰＷＨＴ后（0002）α衍射峰爆发“峰破碎”，，， ，，，新（0002）峰位于36°～38°区间，，， ，，，但强度较低 。。。。。在（1011）晶面的底部2θ＝39.6°视察到一个宽肩峰，，， ，，，对应于（110）β，，， ，，，这证实了αｍ相剖析为次生（α＋β）相 。。。。。这些晶面的ＦＷＨＭ降低5.56％～43.75％，，， ，，，批注TC4钛合金的结晶度随着内部缺陷的消除和剩余应力的消除而获得改善 。。。。。
2.2 应力场模拟效果及剖析
基于热弹塑性理论，，， ，，，在温度场的基础上顺序耦合应力场，，， ，，，对ＰＷＨＴ前后剩余应力漫衍举行剖析，，， ，，，TC4合金TiＧ焊后未经热处置惩罚时焊缝的剩余应力漫衍云图如图7所示 。。。。。
为定量相识焊态与ＰＷＨＴ态TC4钛合金焊缝的剩余应力漫衍情形，，， ，，，网络特征线ｐａｔｈ1差别偏向上的剩余应力漫衍数据，，， ，，，如图8所示 。。。。。“-”体现压应力，，， ，，，“＋”体现拉应力 。。。。。焊接历程中受热作用较小的母材区对焊接板膨胀的限制，，， ，，，焊缝区周围保存剩余应力 。。。。。焊缝区熔化历程爆发的应力忽略不计，，， ，，，焊后冷却历程中金属受到相邻金属的限制，，， ，，，爆发剩余拉应力，，， ，，，并随冷却的举行一直增大，，， ，，，但β相以切变的方法转变为αｍ相，，， ，，，体积略微膨胀，，， ，，，焊态焊缝中心爆发的横向拉应力较小，，， ，，，如图8（ａ）所示 。。。。。焊接历程中热源脱离以后，，， ，，，焊缝区周围的热影响区受热传导的作用一连升温，，， ，，，金属的膨胀受到限制，，， ，，，爆发剩余压应力，，， ，，，如图8（ｂ）所示，，， ，，，在随后的冷却历程中，，， ，，，由于焊缝区爆发的反作用力，，， ，，，压应力一连增添，，， ，，，直至整个焊接板的应力平衡[10] 。。。。。经ＰＷＨＴ后，，， ，，，横向最大剩余拉应力试验值由232.1MPa降为127.8MPa，，， ，，，最大剩余压应力由5.7MPa降为0.9MPa 。。。。。
纵向最大剩余拉应力试验值由479.5MPa降为332.5MPa，，， ，，，最大剩余压应力由54.3MPa降为12.5MPa 。。。。。笔直焊接偏向的剩余应力呈对称漫衍，，， ，，，与温度场漫衍纪律基内情同，，， ，，，近焊缝处剩余应力较大，，， ，，，为易断裂位置 。。。。。此焊接件剩余应力转变纪律与沙宇程[12]通过Ａｎｓｙｓ、ＸＲＤ等手段对钛合金在焊后热处置惩罚工艺下的剩余应力剖析具有一致性 。。。。。
3、结论
模拟焊接及焊后热处置惩罚历程，，， ，，，剖析TC4钛合金焊接讨论组织及剩余应力转变，，， ，，，主要结论如下：
1）使用Ａｎｓｙｓ软件模拟TC4钛合金钨极氩弧焊及焊后650℃退火处置惩罚历程 。。。。。焊接历程中各层焊缝由于热输入差别，，， ，，，其温度也差别，，， ，，，其中第1层焊的峰值温度最低（2183.6℃），，， ，，，第5层最高（2337.8℃），，， ，，，打底层与填充层经后续焊接热循环的“热处置惩罚”作用，，， ，，，与盖面层履历了差别特征的热循环，，， ，，，焊缝区各层马氏体尺寸
由19.5μｍ向96.2μｍ转变 。。。。。
2）焊后焊缝区主要由αｍ相＋少量β相＋部分αｔ相＋析出αｇ相组成，，， ，，，母材区为初始的退火态等轴组织，，， ，，，热影响区为焊缝区与母材区之间的混淆过渡组织 。。。。。
经ＰＷＨＴ后，，， ，，，焊缝区部分αｍ相转变为次生（α＋β）相；；；；；并由ＸＲＤ图谱视察到（0002）α衍射峰爆发“峰破碎”，，， ，，，在2θ＝39.6°处视察到新峰（110）β，，， ，，，同时ＦＷＨＭ降低5.56％～43.75％，，， ，，，批注TC4钛合金的结晶度随着剩余应力的消除而获得改善 。。。。。
3）TC4钛合金焊后剩余应力主要集中在焊缝周围，，， ，，，此为易断裂位置 。。。。。笔直焊接偏向的剩余应力呈对称漫衍，，， ，，，与温度场漫衍纪律基内情同，，， ，，，经ＰＷＨＴ后各项剩余应力均降低 。。。。。
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