NiTiNb/TC4激光微焊接裂纹形成机理与控制方法研究

发布时间：2021-11-11 07:09

　　NiTiNb形状记忆合金与TC4钛合金在航空、航天、汽车、生物医用材料等领域具有广阔的应用前景,但是NiTiNb同种材料以及NiTiNb/TC4异种材料焊接时,接头极易产生裂纹,严重制约了NiTiNb及其与TC4钛合金异种材料焊接结构的应用。论文对NiTiNb同种材料、以及NiTiNb/TC4异种材料激光微焊接时焊接裂纹敏感性、裂纹产生的原因、形成机理以及控制裂纹的措施进行了研究,得到如下主要结果:热轧态NiTiNb同种材料激光对接焊接时,表面杂质的存在是形成焊接裂纹的主要原因,通过去除表面杂质可控制焊接裂纹,获得成形良好的焊接接头。在此基础上,研究了焊接工艺对焊接接头性能的影响规律,并采用正交优化方法对焊接工艺进行了优化。当激光焊接平均功率为16.8W、脉宽为4.5ms、频率为4.5Hz时焊接接头的最大抗拉强度为880MPa,达到母材抗拉强度的95%。焊后对接头进行500℃真空退火后焊接接头的形状记忆性能达到母材的88%。NiTiNb/TC4异种材料激光焊时,焊接接头的裂纹敏感性很强,在焊缝刚好焊透的较小激光功率时,焊缝就出现了裂纹,通过改变激光工艺参数无法消除接头裂纹。当激光光斑偏... 

【文章来源】：南昌航空大学江西省

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题的依据、目的及意义
    1.2 NiTiNb与TC4的性能特点及应用现状
    1.3 NiTiNb与TC4的焊接技术现状
        1.3.1 NiTiNb与TC4的焊接冶金特点
        1.3.2 NiTiNb同种材料焊接现状
        1.3.3 NiTiNb异种材料焊接现状
    1.4 NiTiNb与TC4焊接裂纹的研究现状
    1.5 本课题研究的主要内容
第2章 试验条件及方法
    2.1 试验材料
    2.2 试验设备与工艺
        2.2.1 焊接设备
        2.2.2 焊接工装夹具
        2.2.3 实验方法
    2.3 微观组织结构与性能测试
        2.3.1 显微组织分析
        2.3.2 组成相和相变分析
        2.3.3 接头性能测试
第3章 NiTiNb对接接头裂纹与组织性能
    3.1 表面杂质对裂纹的影响
    3.2 NiTiNb激光焊接工艺优化
        3.2.1 正交实验设计
        3.2.2 正交实验结果
    3.3 NiTiNb对接接头显微组织
        3.3.1 接头水平面显微组织
        3.3.2 接头横截面显微组织
        3.3.3 接头纵截面显微组织
        3.3.4 接头热处理后显微组织
    3.4 NiTiNb对接接头力学性能与形状记忆性能
        3.4.1 热处理前后接头力学性能
        3.4.2 热处理后接头形状记忆性能
    3.5 本章小结
第4章 NiTiNb/TC4接头裂纹敏感性及其形成机理
    4.1 激光工艺参数对接头裂纹形貌的影响
        4.1.1 激光功率对接头裂纹形貌的影响
        4.1.2 激光脉宽对接头裂纹形貌的影响
        4.1.3 激光频率对接头裂纹形貌的影响
    4.2 激光偏移距离对裂纹与组织的影响
        4.2.1 光斑偏NiTiNb侧的裂纹与组织形貌
        4.2.2 光斑偏TC4侧的裂纹与组织形貌
    4.3 接头裂纹的形成机理
        4.3.1 接头裂纹的形成与扩展
        4.3.2 接头的组成相分析
    4.4 本章小结
第5章 填充材料对NiNiNb/TC4接头裂纹与组织性能的影响
    5.1 填Ni片、Ni丝对接头裂纹与组织性能的影响
        5.1.1 Ni的选择依据
        5.1.2 填Ni片搭接接头裂纹与组织性能
        5.1.3 填Ni丝对接接头裂纹与组织性能
    5.2 填Ti丝对接头裂纹与组织性能的影响
        5.2.1 Ti的选择依据
        5.2.2 填Ti丝对接接头裂纹与组织性能
    5.3 填Nb丝对接头裂纹与组织性能的影响
        5.3.1 Nb的选择依据
        5.3.2 填Nb丝对接接头裂纹与组织性能
    5.4 本章小结
第6章 结论
参考文献
硕士学位期间发表的学术论文与专利
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]TiNi形状记忆合金/钛合金异种材料激光焊[J]. 陈玉华,戈军委,刘奋成,柯黎明.  光学精密工程. 2014(08)
[2]TiNiNb新型形状记忆合金的工程应用及其焊接技术研究进展[J]. 陆巍巍,陈玉华,戈军委,付强.  航空制造技术. 2014(Z1)
[3]NiTi形状记忆合金和TC4的激光焊接裂纹产生机理分析（英文）[J]. 宋鹏,朱颖,郭伟,曲平,康慧,温凯.  稀有金属材料与工程. 2013(S2)
[4]航空航天材料发展现状及前景[J]. 唐见茂.  航天器环境工程. 2013(02)
[5]金属间化合物的标准生成焓估算模型[J]. 赵定国,郭培民,赵沛.  中南大学学报(自然科学版). 2011(06)
[6]TiNi合金/不锈钢激光焊接头裂纹的形成和控制[J]. 陈玉华,龚伟怀,倪泉,柯黎明.  中国激光. 2010(12)
[7]薄片状TiNi形状记忆合金的激光对接焊[J]. 陈玉华,柯黎明,黄永德,徐世龙.  焊接学报. 2010(08)
[8]Nb含量对NiTiNb合金马氏体态屈服强度的影响（英文）[J]. 肖甫,马国君,赵新青,徐惠彬.  Chinese Journal of Aeronautics. 2009(06)
[9]TiNiNb合金激光焊接接头的组织与性能[J]. 陈庚,赵兴科,陈俐,王蔚,黄继华,张华.  热加工工艺. 2008(17)
[10]Ni47Ti44Nb9合金丝氩弧焊接头的显微组织和力学行为[J]. 吴冶,孟祥龙,蔡伟,赵连城.  材料科学与工艺. 2005(03)

博士论文
[1]TiNi形状记忆合金与不锈钢异种材料激光焊研究[D]. 李洪梅.吉林大学 2011
[2]激光焊接NiTi合金的性能研究[D]. 阎小军.大连理工大学 2006

硕士论文
[1]NiTi形状记忆合金等离子束熔压焊方法研究[D]. 张俊.南京理工大学 2007



本文编号：3488421