TC4等离子微束焊接接头微振疲劳失效分析
本文选题:共振疲劳试验 + 失效分析 ; 参考:《中国民航大学》2015年硕士论文
【摘要】:本文基于一阶恒幅共振试验,对TC4钛合金板材及其微束等离子焊接接头的共振疲劳性能进行了研究。首先探寻了试样尖端振幅与失效前振动周次之间的关系;通过替代试验将振幅与应变联系起来,并通过Abaqus有限元仿真修正了替代数值;绘制了TC4钛合金板材共振疲劳S-N曲线,该S-N曲线的寿命周次区间贯穿低周、高周、超高周三个阶段。然后对TC4钛合金共振疲劳断口形貌进行了分析;统计了不同应力级别与试样裂纹源总数之间的关系;通过扫描电子显微照片中疲劳辉纹的尺寸计算了不同应力下裂纹稳定扩展阶段的扩展速率;宏观统计了裂纹快速扩展阶段的扩展速率;对裂纹扩展速率试样的断口成因和相应机理进行了解释。之后完成对微束等离子弧焊接接头的显微组织观察、力学性能测试、显微硬度测试和共振疲劳性能研究;得到了应力级别与焊接接头裂纹源位置之间的关系;统计了焊接接头不同位置寿命与同振幅板材寿命之间的关系。最后观察了接头试样的疲劳断口,分析了不同失效部位的失效机理;探讨了试样表面机械损伤造成的凹陷缺陷、链状焊接气孔缺陷对裂纹萌生、扩展行为的影响;统计了两种缺陷造成试样寿命下降的比例。TC4钛合金共振疲劳试验结果表明,材料应力越高,寿命越低,在2×105周次之前,曲线下降明显,之后相对平缓,在振动周次超过107周次后依然会出现裂纹失效;其共振疲劳极限为422MPa,该数值与由TC4制造的叶片的共振疲劳极限基本相同。TC4钛合金板材共振疲劳断口形貌分析表明,材料在低周、高周、超高周情况下皆为脆性断裂,其中应力越高,断口越有延性特点,应力越低,断口越展现解理形貌;裂纹扩展遵循穿晶、沿晶两种机制;裂纹个数与应力级别基本呈负相关关系;在裂纹稳定扩展阶段,裂纹扩展速率与加载应力呈正相关;裂纹最初沿着剪切应力方向萌生,逐渐趋向于垂直于应力的方向扩展,当完全垂直时,裂纹扩展速率有明显变大现象。焊接接头共振疲劳试验结果表明,高应力下焊接接头失效位置为热影响区细晶区,该位置疲劳寿命相比于同振幅板材有所下降;低应力下接头失效位置为焊缝,焊缝的疲劳寿命高于同振幅板材。焊接接头振动疲劳断口形貌分析表明,无论在热影响区细晶区失效还是在焊缝失效,其失效形式皆为脆性,断口呈现解理形貌;对于裂纹稳定扩展阶段,焊接接头的裂纹扩展速率明显快于板材,试样寿命主要集中在裂纹萌生阶段;表面凹陷缺陷可以成长为裂纹源,导致接头疲劳寿命下降近一成;链状气孔缺陷没有成长为裂纹源,但是它们的存在改变了裂纹扩展速率和方向,使接头寿命下降近两成。
[Abstract]:Based on the first order constant amplitude resonance test, the resonance fatigue properties of TC4 titanium alloy sheet and its microbeam plasma welding joint are studied. The relationship between the amplitude of the specimen tip and the vibration cycle before failure is explored. The amplitude and strain are correlated with the strain through the substitution test, and the substitution value is corrected by Abaqus finite element simulation. The S-N curve of resonance fatigue of TC4 titanium alloy sheet is drawn. The life cycle of the S-N curve runs through three stages: low cycle, high cycle and super high cycle. Then, the morphology of resonance fatigue fracture of TC4 titanium alloy was analyzed, and the relationship between different stress levels and the total number of crack sources of TC4 titanium alloy was analyzed. Through the size of fatigue stripes in scanning electron microscopy (SEM), the propagation rate of crack stable growth stage under different stresses is calculated, and the propagation rate of crack rapid growth stage is calculated macroscopically. The fracture formation and the corresponding mechanism of crack growth rate specimen are explained. The microstructure, mechanical properties, microhardness and resonance fatigue properties of microbeam plasma arc welded joints were studied, and the relationship between the stress level and the location of the crack source of the welded joints was obtained. The relationship between the life of welded joint at different position and the life of plate with the same amplitude is calculated. Finally, the fatigue fracture of the joint specimen was observed, and the failure mechanism of different failure sites was analyzed, and the effect of the mechanical damage on the crack initiation and propagation behavior was discussed, as well as the effect of the chain welding porosity defect on the crack initiation and propagation behavior. The results of resonance fatigue test of TC4 titanium alloy show that the higher the stress is, the lower the life is, and the curve decreases obviously before 2 脳 10 ~ 5 weeks, and then relatively flat. The resonance fatigue limit is 422MPa, which is basically the same as the resonant fatigue limit of the blade fabricated by TC4. The results show that the material is in low cycle by the analysis of the resonance fatigue fracture morphology of the titanium alloy sheet, which is made of TC4, and the crack failure will occur after the vibration cycle exceeds 107 cycles, and the resonance fatigue limit of the material is 422MPa, which is similar to that of the blade fabricated by TC4. At high cycle and ultra-high cycle, the fracture surface is brittle fracture. The higher the stress, the more ductile the fracture surface, the lower the stress, the more cleavage appearance of fracture surface, the more transgranular and intergranular mechanism the crack propagation is, the higher the fracture surface is, the higher the stress is, the lower the stress is, the higher the fracture surface is. The number of cracks is negatively correlated with the stress level, the crack growth rate is positively correlated with the loading stress at the stage of stable crack growth, and the crack originates along the direction of shear stress and tends to propagate perpendicular to the direction of stress. When the crack growth rate is completely vertical, the crack growth rate increases obviously. The results of resonance fatigue test show that the failure position of welded joint under high stress is in the heat affected zone, and the fatigue life of this position is lower than that of the same amplitude plate, and the failure position of the joint under low stress is weld, and the fatigue life of the welded joint is lower than that of the plate with the same amplitude. The fatigue life of the weld is higher than that of the plate with the same amplitude. The analysis of the vibration fatigue fracture morphology of welded joint shows that the failure mode is brittle and cleavage in both the heat affected zone and the weld seam, and for the stable crack growth stage, the fracture is brittle and the fracture surface is cleavage. The crack growth rate of the welded joint is obviously faster than that of the plate, and the life of the specimen is mainly concentrated in the crack initiation stage, and the surface sunken defects can grow into the source of the crack, resulting in the fatigue life of the joint falling by nearly 10%. The chained pore defects did not grow into crack sources, but their existence changed the crack growth rate and direction and reduced the life of the joints by nearly 20%.
【学位授予单位】:中国民航大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG407
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 张罡,李建军,丁春辉;20g钢对接焊接接头循环应力-应变的特性[J];焊接学报;2001年02期
2 ;焊接接头的强度[J];机械制造文摘(焊接分册);2003年05期
3 张敏,丁方,许德胜,程祖海;焊接接头断裂准则工程化应用方法[J];焊接学报;2004年01期
4 ;焊接接头的强度[J];机械制造文摘(焊接分册);2004年03期
5 张敏,马博,周永欣;焊接接头断裂抵抗力工程估计方法的数值研究[J];焊接学报;2005年01期
6 张敏;丁方;程祖海;;非均质焊接接头界面裂纹断裂表征参量的分析[J];机械强度;2006年02期
7 宗培;曹雷;邵国良;彭飞;;低强匹配焊接接头特征及界定方法[J];机械强度;2006年03期
8 申春梅;;φ16×48链条焊接接头拉开原因分析[J];科技信息(科学教研);2007年22期
9 李红宝;;内伸入式接管焊接接头应力的有限元分析[J];中国化工装备;2010年02期
10 ;图表2-10 受弯曲作用的焊接接头A[J];石油化工设备简讯;1975年03期
相关会议论文 前10条
1 段权;;压力容器用16MnR钢焊接接头疲劳裂纹扩展规律的研究[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年
2 张京海;方大鹏;;高强钢低匹配焊接接头实用性研究[A];第十五次全国焊接学术会议论文集[C];2010年
3 刘俊;;焊接接头微型剪切试验[A];中国工程物理研究院科技年报(1998)[C];1998年
4 张建强;郭立峰;杜学铭;姜剑宁;王承权;;不同应力状态下单面焊接接头的断裂特性研究[A];第九次全国焊接会议论文集(第2册)[C];1999年
5 荆洪阳;霍立兴;张玉凤;;焊接接头脆性断裂的局部法研究[A];第九次全国焊接会议论文集(第2册)[C];1999年
6 张建勋;李继红;裴怡;;焊接接头损伤条件下的断裂力学参量数值研究[A];第十一次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2005年
7 贾汝唐;;提高焊接接头疲劳可靠性的工艺探讨[A];铁路货车制造工艺学术研讨会论文集[C];2007年
8 孔祥峰;邹妍;王伟;张婧;;水下焊接接头腐蚀行为研究[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年
9 周继云;桂春;唐毅;;非均质焊接接头中的断裂力学参数计算研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
10 王元良;周友龙;陈辉;;微合金化钢及其焊接接头强韧性控制[A];第十五次全国焊接学术会议论文集[C];2010年
相关重要报纸文章 前5条
1 唐佩绵;厚钢板特性对T型焊接接头止裂性的影响[N];世界金属导报;2014年
2 张作贵 摘译;优化产品性能 更好满足用户要求[N];中国冶金报;2008年
3 廖建国;新日铁开发出LNG罐用超级9%Ni钢板[N];世界金属导报;2006年
4 本版编辑 记者 魏敬民 子舒;为海洋钢结构增加安全砝码[N];中国船舶报;2008年
5 唐佩绵;住友金属耐疲劳焊接结构钢的开发[N];世界金属导报;2011年
相关博士学位论文 前10条
1 范文学;焊接接头振动疲劳的数值模拟[D];内蒙古工业大学;2014年
2 王佳杰;低匹配焊接接头弯曲等承载设计及随焊整形[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 舒凤远;厚板铝合金弧焊焊接接头组织及应力演变研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
4 凌X;基于三材料模型的含HAZ裂纹非匹配焊接接头的断裂评定方法[D];华东理工大学;2015年
5 杨景强;双相不锈钢焊接接头腐蚀与断裂性能研究[D];华东理工大学;2015年
6 马丽莉;孪晶诱发塑性(TWIP)钢激光焊接接头的组织与性能研究[D];太原理工大学;2015年
7 秦华;BWELDY960Q钢焊接接头力学性能及组织演变机理研究[D];沈阳工业大学;2015年
8 蔡淑娟;双孔微剪切法评定焊接接头局部力学性能[D];兰州理工大学;2016年
9 万楚豪;U71Mn钢焊接接头疲劳损伤的非线性超声检测[D];哈尔滨工业大学;2016年
10 高会英;复杂应力状态下焊接接头的疲劳寿命预测方法研究[D];电子科技大学;2016年
相关硕士学位论文 前10条
1 郝谦;低合金钢焊接接头损伤机理和损伤演变的研究[D];北京工业大学;2001年
2 马博;含缺陷焊接接头完整性评定工程方法及其辅助评定系统设计[D];西安理工大学;2004年
3 隋志强;E36-RCW耐蚀钢焊接接头力学性能和耐蚀性的研究[D];昆明理工大学;2015年
4 朱井军;锌锅焊接接头在450°C铁饱和锌浴中长期浸泡下的腐蚀行为研究[D];华南理工大学;2015年
5 李艳芳;含孔洞缺陷铝合金焊接接头电磁热强化研究[D];燕山大学;2015年
6 胡新阳;HG785D钢焊接接头的疲劳性能研究[D];长安大学;2015年
7 张磊;工业纯镍N6焊接接头组织与腐蚀性能的研究[D];河北工业大学;2015年
8 胡卫国;螺旋焊管焊接接头常见缺陷及问题分析[D];西安石油大学;2015年
9 苗燕;应力对管线钢焊接接头电化学行为的影响机制[D];中国石油大学(华东);2014年
10 刘艳磊;铝合金焊接接头拉剪性能试验研究及有限元分析[D];大连海事大学;2016年
,本文编号:2019500
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2019500.html