TC3钛合金电阻点焊工艺参数优化

作者:于洋,郝素锋,王超,陈树君 刊名:焊接 上传者:董书君

【摘要】钛合金点焊接头力学性能不仅由焊核大小决定,其焊核及热影响区晶粒粗化现象会显著影响其性能.为了优化1.3mm厚TC3钛合金点焊工艺,制得具有优异抗剪切及抗拉伸综合力学性能的钛合金点焊接头.采用二次回归旋转设计试验方案,基于响应面法建立了TC3钛合金电阻点焊工艺参数(焊接电流、焊接时间及焊接压力)与预测响应值(剪切失效载荷及十字拉伸力学性能)之间的数学模型.通过数学模型,得到优化电阻点焊工艺参数,实现点焊接头剪切性能及拉伸性能的最优组合,并通过试验验证了数学模型的准确性.为优化钛合金点焊接头力学性能提供了新的工艺途径.

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0前言钦合金具有较高强度、抗腐蚀性好、比重小的优良特性,是航空航天工业中广泛应用的一种结构材料。对于电阻点焊搭接接头,当焊核直径增加到一定程度时,接头的断裂模式由界面断裂转变为焊核拔出式断裂。当接头以焊核拔出模式断裂时,接头承载能力可用式F、=Dt。。表示川,式中F,为接头剪切承载,刀为焊核直径,。。为焊核强度。可见点焊接头承载能力与焊核直径成正比例增加,所以,为了提高其承载能力应尽量获得具有大焊核直径的焊点。但钦合金点焊时,在加热到883,会有aes~甲的同素异晶转变,高温停留时间较长,焊缝组织晶粒容易粗化并长大,引起塑性和断裂韧度降低,难以保证焊接质量[’。所以钦合金点焊时应综合考虑焊核直径及焊核组织的优化问题。采用二次回归旋转设计TC3钦合金电阻点焊工艺方案,应用响应面法(responsesurfaeemethodology)分析试验数据,建立电阻点焊(焊接电流、焊接时间、焊接压力)与响应值(接头剪切失效载荷、十字拉伸失效载荷)之间的定量关系,优化钦合金电阻点焊工艺参数,并通过该数学模型实现对点焊接头的剪切、拉伸承载能力的预测,为优化钦合金点焊工艺提供了理论支持。1试验方法响应面法在20世纪50年代由Box和wilson[’]提出,利用合理的试验设计方案,采用多元二次回归方程拟合因素与响应值之间的函数关系,通过对回归方程的分析优化工艺参数,预测响应值的一种统计方法。文中试验选三因子二次回归旋转设计[4]方法组织试验方案,应用响应面法建立数学模型,试验所用因素水平编码如表1所示。表1因素水平编码及真实值表项目焊接电流I/A焊接时间t/ms焊接压力P/N996050400090,.且214上星号臂水平上水平(l)零水平(0)下水平(一l)下星号臂水平变化区间八8145760068《X)600()545580060145400450036003000900试验材料为1.3mm厚的TC3钦合金板材,焊接试样的尺寸为100mmx10mmx一3mm。将TC3钦合金薄板用钢丝刷打磨、丙酮清洗后,再用酒精清洗后待焊,如图la所示。电阻点焊设备为MMAK机器人X型点焊钳,配备SCM012型电伺服压力控制器及HWI2008中频逆变电源控制器,电极为直径20mm的锥面电极,电极端面直径为8mm,分别进行剪切及拉伸试样焊接,得到剪切接头如图lb所示。剪切、礴荡.瓜~赫卿丫麟,另:)泥撇屏夕刀赫2~多魏;滚沙膝汾易~芯丫朦燕夕(a)待焊试件(b)搭接接头图1待焊试件及焊后点焊接头拉伸试验在MTS8ro万能试验机以1.Om耐min拉伸速度进行。2试验结果及分析2.1数学模型应用响应面法计算以接头的剪切失效载荷、十字拉伸失效载荷为响应值,焊接电流I、焊接时间t、焊接压力p为考察因子的数学模型,式(l)和式(2)分别是以电阻点焊工艺参数为变量的剪切失效载荷(F,)和十字拉伸失效载荷(F。)的数学模型,表2为这几个模型的方差分析表。F,=一12243+3.871+11.39t+03却一6.42x10一4h一2.71x10一4尸一1.2876x10一“tZ一3.93x10一,尸,(一)F。=一5900+4.121+34.59t一0.083尸一5.36x10一,几一3.69x10一4产一0.lltZ(2)由表2数据可以看出,Prob(概率)>八F(显著性)的值小于0.0001,说明分析结果可靠;测量值方差均大于0.90,说明回归方程能够很好地模拟真实曲面,拟合检验也表明回归方程不失拟。表2模型的方差分析表模型平方和方差检验值么F显著性Prob>么F拟合检验Prob>F测量值R2

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