TC3钛合金电阻点焊工艺参数优化.pdf

学兔兔 第十六次全国焊接学术会议论文 r蜉掳 TC3钛合金 电阻点焊工艺参数优化 北京工业大学机电学院(100124) 于 洋 郝素锋 王 超 陈树君 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。 关键词： 钛合金 点焊 响应面 中图分类号 ： TG44 0 前 言 1 试验方法 钛合金具有较高强度、抗腐蚀性好 、比重小的优 良 响应面法在20世纪 5O年代 由Box和 Wilson 提 特性 ，是航空航天工业 中广泛应用 的一种结构材料 。 出，利用合理的试验设计方案，采用多元二次回归方程 对于电阻点焊搭接接头，当焊核直径增加到一定程度 拟合因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程 时，接头的断裂模式 由界面断裂转变为焊核拔 出式断 的分析优化工艺参数，预测响应值的一种统计方法： 裂。当接头 以焊核拔 出模式断裂时，接头承载能力可 文中试验选三因子二次回归旋转设计 方法组织 用式 =Dto表示…，式 中F 为接头剪切承载，D为 试验方案 ，应用响应面法建立数学模型，试验所用因素 焊核直径 ，or为焊核强度。 水平编码如表 1所示。 可见点焊接头承载能力与焊核直径成正 比例增 表 1 因素水平编码及真实值表 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。但钛合金点焊时，在加热到883oC，会有 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 J。所以钛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钛合金 电阻点焊工 艺方案，应用响应面法 (responsesurfacemethodology) 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 试验材料为 1．3mm厚的TC3钛合金板材 ，焊接 效载荷)之间的定量关系，优化钛合金电阻点焊工艺参 试样 的尺寸为 100mmx10mmx1．3mm。将 TC3钛 数 ，并通过该数学模型实现对点焊接头 的剪切 、拉伸承 合金薄板用钢丝刷打磨 、丙酮清洗后 ，再用酒精清洗 载能力的预测，为优化钛合金点焊工艺提供 了理论支 后待焊，如图1a所示 。电阻点焊设备为 NIMAK机器 持 。 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 收稿 日期 ：2011—11—19 的锥面电极 ，电极端面直径为 8mm，分别进行剪切及 基金项 目：科技重大专~：(2009ZX04014—072—03，2011ZX04016—061)。 拉 伸试样焊接 ，得到剪切接头如图1b所示