TC4钛合金微束等离子弧堆焊接头微振疲劳性能影响因素研究

发布时间：2017-08-08 19:21

  本文关键词：TC4钛合金微束等离子弧堆焊接头微振疲劳性能影响因素研究

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【摘要】：飞机在起飞、降落和低空飞行的过程中,发动机叶片受到随着高速气流而被吸入的外来物的冲击造成的损伤被称为外物损伤(Foreign Object Damage,以下简称FOD),FOD造成发动机提前翻修的比例占发动机提前翻修总数的四成以上。本文采用低速冲击法(落锤法)模拟发动机叶片运转过程中受到的外来物的冲击,研究了FOD损伤对TC4钛合金及微束等离子弧堆焊接头微观组织的影响规律,采用微振疲劳测试方法研究了FOD损伤对钛合金母材及堆焊接头疲劳寿命的影响规律和失效机理,最后研究了堆焊过程中产生的气孔缺陷对钛合金焊接接头疲劳寿命的影响规律。研究结果表明:采用落锤法产生的FOD损伤区域发现表面微小裂纹、微结构损伤、绝热剪切带,证明该技术能够模拟出典型的FOD微观损伤特征;FOD造成的钛合金母材及堆焊接头损伤部位可分为表面剧烈变形区、亚表面塑性变形区和绝热剪切带;表面剧烈变形区因剧烈塑性变形产生大量微小裂纹,冲击能量为4J时,钛合金母材表面出现微小裂纹,冲击能量提高到6J,钛合金母材出现绝热剪切带,并发现因塑性变形产生的微小孔洞,冲击能量提高到8J,钛合金母材微小孔洞增多,但仍未发现绝热剪切带出现裂纹;冲击能量为4J时,钛合金堆焊接头表面出现大量微小裂纹,在亚表面出现微小孔洞和绝热剪切带,绝热剪切带因变形剧烈超出强度极限发生撕裂生成裂纹,裂纹尺寸随着冲击能量的提高而增大。微振疲劳测试研究结果表明:外物损伤造成钛合金母材和堆焊接头的疲劳寿命急剧下降;因塑性变形产生的孔洞尺寸较小,对疲劳裂纹的萌生和扩展未产生明显影响;在交变载荷作用下,表面微小裂纹和绝热剪切带裂纹的存在成为引发试件疲劳断裂的裂纹源。带有气孔缺陷的焊接接头微振疲劳测试结果表明:焊接气孔的存在严重缩短构件的疲劳寿命,其中大尺寸的焊接气孔对于疲劳寿命的影响较大;气孔为疲劳失效的裂纹源;气孔引起的疲劳断裂机理为脆性断裂。
【关键词】：TC4钛合金 FOD损伤 微振疲劳 焊接接头 焊接缺陷
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V252;V232.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 钛合金在航空领域中的应用10-11
• 1.2 钛合金部件修复现状11-13
• 1.3 FOD的研究现状13-14
• 1.4 本文的研究意义14-15
• 1.5 本文研究内容15-16
• 第二章 实验材料、设备及方法16-27
• 2.1 实验材料16
• 2.2 实验设备16-19
• 2.2.1 等离子焊接机16-17
• 2.2.2 落锤实验机17
• 2.2.3 气动共振实验系统17-19
• 2.3 实验方法19-27
• 2.3.1 TC4钛合金及堆焊接头振动试样制备19-22
• 2.3.2 FOD模拟实验22-23
• 2.3.3 显微组织观察23-26
• 2.3.4 静拉伸应变检测26-27
• 第三章 FOD对TC4钛合金及堆焊接头显微组织的影响27-37
• 3.1 落锤法模拟FOD可行性验证28-30
• 3.2 冲击能量对损伤尺寸的影响规律30-31
• 3.2.1 TC4损伤尺寸30
• 3.2.2 接头焊缝损伤尺寸30
• 3.2.3 接头热影响区损伤尺寸30-31
• 3.3 冲击能量对损伤机理的影响规律31-36
• 3.3.1 TC4母材损伤区微观组织分析31-33
• 3.3.2 接头焊缝损伤区微观组织分析33-35
• 3.3.3 接头热影响区损伤区微观组织分析35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 FOD对TC4钛合金及堆焊接头疲劳性能影响37-47
• 4.1 受到外物损伤的TC4试样应力模拟37-39
• 4.2 不同能量的外物冲击对TC4板材的疲劳寿命的影响39-41
• 4.2.1 受到外物冲击的厚度为 1.5mm的TC4试样疲劳寿命40
• 4.2.2 受到外物冲击的厚度为 1.0mm的TC4试样疲劳寿命40-41
• 4.3 不同能量的外物冲击对焊缝的疲劳寿命的影响41-42
• 4.3.1 厚度为 1.5mm的焊缝处受损的振动试样疲劳寿命41-42
• 4.3.2 厚度为 1.0mm的焊缝处受损的振动试样疲劳寿命42
• 4.4 不同能量的外物冲击对热影响区的疲劳寿命的影响42-44
• 4.4.1 厚度为 1.5mm的热影响区受损的振动试样疲劳寿命42-43
• 4.4.2 厚度为 1.0mm的热影响区受损的振动试样疲劳寿命43-44
• 4.5 受到FOD的TC4钛合金及堆焊接头的寿命与应变关系44-45
• 4.6 本章小结45-47
• 第五章 疲劳振动试样断口形貌分析47-56
• 5.1 受到外物冲击的TC4钛合金及堆焊接头的断口分析47-51
• 5.1.1 TC4母材受损的疲劳振动试样的断口分析47-48
• 5.1.2 焊缝处受损的疲劳振动试样的断口分析48-50
• 5.1.3 热影响区处受损的疲劳振动试样的断口分析50-51
• 5.2 焊接缺陷对接头疲劳性能的影响51-55
• 5.2.1 带有焊接缺陷的振动试样疲劳寿命51-53
• 5.2.2 带有焊接缺陷的振动试样疲劳断口分析53-55
• 5.3 本章小结55-56
• 第六章 结论56-57
• 参考文献57-61
• 致谢61

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本文编号：641643