钛合金激光点焊/双光束焊接头的力学性能研究

发布时间：2021-01-23 08:33

　　TC4钛合金是国内外使用最广泛的钛合金牌号,是现代飞机结构中一种不可或缺的结构材料。近年来大量激光焊接技术已被用于飞机机身壁板的连接件中。为了实现飞机轻量化以及提高蒙皮与加强筋连接的力学性能,本课题以开发激光双光束技术应用在飞机机身壁板中的T型结构为背景,采用激光点焊接技术、激光双光束焊接技术,对TC4钛合金进行两种承载焊缝的T型焊接,系统地分析和研究其显微组织、拉伸性能、疲劳性能和断裂机理。为飞机机身壁板的疲劳强度设计与飞机安全性能评估提供依据。首先,对两种不同的激光焊接接头进行了微观组织分析,观察焊接接头不同区域两相组织的形貌和所占体积分数大小,结果表明,在熔合区均为针状α’马氏体组成的网篮状结构,与激光双光束焊显微组织比较,激光点焊α’网篮状组织的体积分数增大,针状α’马氏体尺寸增大且相间距减小。其次,对钛合金分别在激光点焊、激光双光束焊作用下的两种承载焊缝的T型焊接接头及两种应力状态下的中值疲劳寿命及拉伸性能进行对比分析。结果表明:激光双光束焊T型接头在两种承载情况下中值疲劳寿命及拉伸性能都更加优异,而激光点焊的中值疲劳寿命分布的更加集中。最后,利用扫描电镜观察疲劳样品的断口形... 

【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

飞机机身加筋壁板

平衡组织以 α 相为主并含有 10%~30%的 β 相。这种合金但其组织结构不够稳定，不能在 500℃以上的温度进行正常使用优异的工艺性可进行热处理强化，并且室温环境下强度高于 α 型金有：TC4、TC17、TC6 等。α+β 型两相钛合金是飞机部件中应制造发动机的叶片等各个零部件；飞机铆钉及螺栓等紧固件[23]。同的元素对钛合金 β 相的转变温度会有不同的变化，根据这种温可分为中性元素，β 相稳定化元素和 α 相稳定化元素。在 Al、O中，此中 Al 占首要地位。α 相元素除了能增加 α 单相区温度之区的温度之间，促使出现 α+β 两相温度区间。在这三种元素中，细的划分为 β 共晶型元素(如 Mo、V 和 Ta)和 β 共析型元素(如 Fu、Si 和 H)。还有一些元素对 α/β 相变温度有极其微小的影响，Sn 和 Zr)。它们不但在钛中的溶解度非常大，还可以较为明显的的合金元素对钛合金的作用不同。图 1.2 所示所示为 β 相稳定化氏体转变温度的影响。

(c) 双态组织 (d) 片层组织图 1.3 钛合金材料典型显微组织1.3 激光点焊/双光束焊接技术研究1.3.1 激光点焊技术目前全球已建成了一大批先进激光焊接方面的重点实验室，已经进行了一系列较为系统的激光焊接技术方面的研究工作，并在焊接参数、残余应力、影响气孔率的因素、焊接件静力学性能及疲劳性能等方面获得大量具有指导意义的数据。激光点焊基本相似与其他激光焊接过程，仅有的区别是激光点焊的激光束不用按工件的某个方向移动。近年来，国内外学者围绕激光点焊的焊接缺陷、工艺参数优化以及残余应力展开了广泛的研究与讨论。吕涛等人通过研究 TC4 焊点的形状和激光点焊接头力学性能的关系，得出焊点的抗剪性能和熔合面积成正比[28]。陶汪等人研究了送丝参数对铝合金激光填丝点焊焊接质量的影响，结果表明送丝角为 30 度左右时，焊接质量最好[29]。张博研究了激光点焊接工艺参数对低碳钢焊点大小的影响，结果表明激光功率和时间的延长和焊点大小在一定范

【参考文献】：
期刊论文
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[2]焊接热输入对TC4钛合金TIG焊接头组织和性能的影响[J]. 韩旭,董俊慧,高晓刚.  电焊机. 2016(12)
[3]钛合金在航空航天领域中的应用探讨[J]. 何丹琪,石颢.  中国高新技术企业. 2016(27)
[4]钛合金整体壁板T型接头双作用激光焊接系统设计[J]. 徐志刚,岳超,侯雯中,郑帅超,王亚军.  组合机床与自动化加工技术. 2016(05)
[5]TC4钛合金不同焊接工艺下组织性能对比[J]. 乔亮,苏轩,陶汪,陈彦宾,熊俊,付忠奎,鄢江武,陈建平.  热加工工艺. 2016(03)
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[7]Ti-6Al-4V合金中β1→α+β2相变动力学研究[J]. 张荣华.  金属热处理. 2014(07)
[8]焊点形状对TC4钛合金激光点焊力学性能的影响[J]. 吕涛,雷正龙,陈彦宾,李颖,胡佩佩.  中国激光. 2013(12)
[9]LF6铝合金激光填丝点焊工艺研究[J]. 陶汪,马轶男,陈彦宾,任跃冲.  中国激光. 2013(11)
[10]热处理对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响[J]. 刘婉颖,朱毅科,林元华,邵登全,施太和,吴俊杰.  材料导报. 2013(18)

硕士论文
[1]钛合金舱体结构件激光点焊变形预测与焊接顺序优化[D]. 吕涛.哈尔滨工业大学 2013
[2]低碳钢激光点焊工艺特性与力学性能研究[D]. 张博.哈尔滨工业大学 2007



本文编号：2994901