基于残余应力分析的TC4钛合金焊接接头表面强化工艺研究
发布时间:2020-12-28 18:10
某型号发动机转子TC4钛合金叶片经真空电子束焊接后,在服役过程中,焊缝处仍会产生疲劳裂纹,甚至个别出现了掉块的问题。这严重影响了产品的质量和可靠性。本文针对此问题,采用喷丸滚压复合工艺对叶片焊缝进行强化,研究TC4钛合金叶片真空电子束焊缝复合工艺的强化效果。以TC4钛合金真空电子束焊接接头为研究对象,以残余应力为重要指标和核心判据评价材料的疲劳性能,采用有限元分析方法,模拟钛合金真空电子束焊接过程和复合工艺强化过程,计算真空电子束焊接后和复合工艺强化后接头的残余应力。同时,采用X射线衍射法检测TC4钛合金真空电子束焊接接头和复合工艺强化后接头的残余应力。通过对比仿真和实验结果,综合分析TC4钛合金焊接接头焊接后与强化后残余应力的变化情况,研究了钛合金焊接接头的疲劳性能变化情况。仿真结果表明:喷丸滚压复合工艺强化后,TC4钛合金接头表面纵向残余应力明显降低,横向残余应力在中部位置同样从-50 MPa急剧下降为-200 MPa左右。实验结果表明:复合工艺强化后,TC4钛合金焊接接头表面横向残余应力由35 MPa左右降到了-140 MPa左右。通过实验和仿真对比可以看出,两者趋势相近,表明了...
【文章来源】:郑州航空工业管理学院河南省
【文章页数】:61 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
美国某航空公司飞机叶片失效造成爆炸发动机叶片断裂失效有许多都是因为叶片焊接接头在服役过程中产生疲劳裂
1引言-2-对于真空电子束焊接后的钛合金叶片容易在焊缝处产生疲劳裂纹而失效,甚至会出现掉块的情况进行系统的理论研究,并提出技术解决方案是十分重要和迫切的,可进一步提升我国航空发动机的设计水平,最终开发出高推重比、低耗油率、高转速的空用发动机。由于空用发动机应用的军事背景,国际上对其加工技术实施了封锁,发动机叶片的制造技术必须立足于自主研究开发与国产化的道路,所以,对发动机叶片的焊接与表面强化技术展开研究,对我国航空领域的发展具有极其重要的意义。同时,强化工艺的研究对我国零部件表面完整性制造及抗疲劳制造领域具有重大意义。1.2钛合金焊接问题与焊接工艺分析航空发动机是飞机的重要组成部分,发动机的性能直接影响着整个飞机的运行状况;叶片是发动机中最复杂的零件,具有数量多、精度要求高、加工难度大等特点[2]。发动机的减重能够提高推重比,而空心叶片能够满足减少飞机整体质量的要求,因此中空发动机叶片的应用在飞机减重方面具有重要意义。鉴于航空发动机处于高温高压、复杂载荷、交变机械应力等恶劣工作环境中,叶片极易发生故障,属于薄壁易变形损坏零件,这就需要使用钛合金或其他耐腐蚀以及高温高压的材料来制备转子叶片。(1)钛合金特点与应用本文研究对象发动机叶片(如图1.2所示)材料为TC4钛合金(Ti-Al-V系合金)。TC4钛合金因其比强度和比刚度高、耐腐蚀性强、质量轻、工作温度范围宽等优点,是航空发动机叶片的常用材料[3]。图1.2某型飞机第一级风扇机匣组件解剖件
1引言-3-TC4钛合金是目前应用最为广泛的一种(α+β)型双相钛合金,因其优异的性能,不仅被广泛应用于航空领域,同时还被应用在其它各个领域[4-5]:海洋工程(图1.3(a))、石油化工(图1.3(b))、体育用品、自行车领域(图1.3(c))。(a)海上钻井(b)化工工业(c)自行车图1.3钛合金在其他领域的应用钛合金加工制造工艺最常用的是焊接技术。海洋工程和化工工业的关键零部件大都采用焊接技术进行钛合金的连接加工制造,由于零件所处环境比较恶劣,易发生腐蚀,因此对焊接接头的疲劳性能要求较高。钛合金自行车车架受力最大处是焊接接头部位,因此对焊接接头的疲劳性能要求也较高。钛合金真空电子束焊接后焊缝的表面强化研究和疲劳性能研究同样对这些领域的发展具有重要意义。
【参考文献】:
期刊论文
[1]基于残余应力的轮齿齿根强化对弯曲疲劳强度影响研究综述[J]. 王振,陈龙,郑楠,孟祥智,余洛生. 机械传动. 2019(12)
[2]考虑残余应力的加筋板结构疲劳裂纹应力强度因子计算方法研究[J]. 王艺陶,冯国庆,任慧龙. 船舶力学. 2019(07)
[3]金属材料深冷处理技术研究进展[J]. 李佐政,牛显明,刘文朝,刘大娇. 热加工工艺. 2019(10)
[4]ANSYS软件使用的几点建议[J]. 文淄博,谷霞英. 山东工业技术. 2019(12)
[5]激光冲击强化技术原理及其应用研究[J]. 刘学军,张旖诺,吴嘉俊,胡太友,张洪瑶,李长云,万烂军. 有色金属加工. 2019(01)
[6]深冷处理对金属材料的影响及机理分析[J]. 杨杰,张宇涵. 自动化应用. 2018(10)
[7]高强度铝合金深冷处理技术的研究与应用[J]. 叶茂,姜枫,刘杰. 金属加工(热加工). 2018(06)
[8]机车车轮豪克能强化研究[J]. 高军,赵显华,王爱福,马冉. 中国铁路. 2018(05)
[9]滚压强化技术及在航空领域研究应用进展[J]. 王燕礼,朱有利,杨嘉勤. 航空制造技术. 2018(05)
[10]智能豪克能应力消除及检测系统[J]. 王阳,马冉,刘秀娟. 新技术新工艺. 2017(11)
硕士论文
[1]三类弹性体非协调辛有限元的理论研究[D]. 赵直钦.中国民航大学 2019
[2]基于裂纹闭合模型的三维裂纹疲劳扩展分析[D]. 许磊.南京航空航天大学 2018
[3]基于有限元城轨高架桥连续梁挂篮设计与研究[D]. 游锦富.石家庄铁道大学 2015
[4]TC4钛合金电子束焊接接头组织形态与性能的研究[D]. 尹丽香.大连交通大学 2006
本文编号:2944173
【文章来源】:郑州航空工业管理学院河南省
【文章页数】:61 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
美国某航空公司飞机叶片失效造成爆炸发动机叶片断裂失效有许多都是因为叶片焊接接头在服役过程中产生疲劳裂
1引言-2-对于真空电子束焊接后的钛合金叶片容易在焊缝处产生疲劳裂纹而失效,甚至会出现掉块的情况进行系统的理论研究,并提出技术解决方案是十分重要和迫切的,可进一步提升我国航空发动机的设计水平,最终开发出高推重比、低耗油率、高转速的空用发动机。由于空用发动机应用的军事背景,国际上对其加工技术实施了封锁,发动机叶片的制造技术必须立足于自主研究开发与国产化的道路,所以,对发动机叶片的焊接与表面强化技术展开研究,对我国航空领域的发展具有极其重要的意义。同时,强化工艺的研究对我国零部件表面完整性制造及抗疲劳制造领域具有重大意义。1.2钛合金焊接问题与焊接工艺分析航空发动机是飞机的重要组成部分,发动机的性能直接影响着整个飞机的运行状况;叶片是发动机中最复杂的零件,具有数量多、精度要求高、加工难度大等特点[2]。发动机的减重能够提高推重比,而空心叶片能够满足减少飞机整体质量的要求,因此中空发动机叶片的应用在飞机减重方面具有重要意义。鉴于航空发动机处于高温高压、复杂载荷、交变机械应力等恶劣工作环境中,叶片极易发生故障,属于薄壁易变形损坏零件,这就需要使用钛合金或其他耐腐蚀以及高温高压的材料来制备转子叶片。(1)钛合金特点与应用本文研究对象发动机叶片(如图1.2所示)材料为TC4钛合金(Ti-Al-V系合金)。TC4钛合金因其比强度和比刚度高、耐腐蚀性强、质量轻、工作温度范围宽等优点,是航空发动机叶片的常用材料[3]。图1.2某型飞机第一级风扇机匣组件解剖件
1引言-3-TC4钛合金是目前应用最为广泛的一种(α+β)型双相钛合金,因其优异的性能,不仅被广泛应用于航空领域,同时还被应用在其它各个领域[4-5]:海洋工程(图1.3(a))、石油化工(图1.3(b))、体育用品、自行车领域(图1.3(c))。(a)海上钻井(b)化工工业(c)自行车图1.3钛合金在其他领域的应用钛合金加工制造工艺最常用的是焊接技术。海洋工程和化工工业的关键零部件大都采用焊接技术进行钛合金的连接加工制造,由于零件所处环境比较恶劣,易发生腐蚀,因此对焊接接头的疲劳性能要求较高。钛合金自行车车架受力最大处是焊接接头部位,因此对焊接接头的疲劳性能要求也较高。钛合金真空电子束焊接后焊缝的表面强化研究和疲劳性能研究同样对这些领域的发展具有重要意义。
【参考文献】:
期刊论文
[1]基于残余应力的轮齿齿根强化对弯曲疲劳强度影响研究综述[J]. 王振,陈龙,郑楠,孟祥智,余洛生. 机械传动. 2019(12)
[2]考虑残余应力的加筋板结构疲劳裂纹应力强度因子计算方法研究[J]. 王艺陶,冯国庆,任慧龙. 船舶力学. 2019(07)
[3]金属材料深冷处理技术研究进展[J]. 李佐政,牛显明,刘文朝,刘大娇. 热加工工艺. 2019(10)
[4]ANSYS软件使用的几点建议[J]. 文淄博,谷霞英. 山东工业技术. 2019(12)
[5]激光冲击强化技术原理及其应用研究[J]. 刘学军,张旖诺,吴嘉俊,胡太友,张洪瑶,李长云,万烂军. 有色金属加工. 2019(01)
[6]深冷处理对金属材料的影响及机理分析[J]. 杨杰,张宇涵. 自动化应用. 2018(10)
[7]高强度铝合金深冷处理技术的研究与应用[J]. 叶茂,姜枫,刘杰. 金属加工(热加工). 2018(06)
[8]机车车轮豪克能强化研究[J]. 高军,赵显华,王爱福,马冉. 中国铁路. 2018(05)
[9]滚压强化技术及在航空领域研究应用进展[J]. 王燕礼,朱有利,杨嘉勤. 航空制造技术. 2018(05)
[10]智能豪克能应力消除及检测系统[J]. 王阳,马冉,刘秀娟. 新技术新工艺. 2017(11)
硕士论文
[1]三类弹性体非协调辛有限元的理论研究[D]. 赵直钦.中国民航大学 2019
[2]基于裂纹闭合模型的三维裂纹疲劳扩展分析[D]. 许磊.南京航空航天大学 2018
[3]基于有限元城轨高架桥连续梁挂篮设计与研究[D]. 游锦富.石家庄铁道大学 2015
[4]TC4钛合金电子束焊接接头组织形态与性能的研究[D]. 尹丽香.大连交通大学 2006
本文编号:2944173
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