超声冲击改善TA15钛合金板材焊接接头残余应力分布的研究

发布时间：2017-09-16 17:27

  本文关键词：超声冲击改善TA15钛合金板材焊接接头残余应力分布的研究

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【摘要】：焊接作为一种重要的材料连接方式,在航空航天、汽车、轮船等领域有着广泛的应用。TA15是近α高温钛合金,焊接性能良好、热稳定性高。然而,焊接过程中的温度分布不均匀会导致焊接结构中产生较大的残余应力,影响结构的稳定性、刚度和疲劳性能。常用的降低残余应力方法有热处理法和机械法。热处理法即去应力退火,能够降低应力,并使应力均匀分布,但不能改变应力状态,且大型焊接构件的使用受到炉体尺寸限制。超声冲击是机械法中最常用的方法,与传统的去应力退火相比,能够在焊接接头处引入压应力,在降低能耗、提高工作效率等方面有较大优势。因此,本文采用超声冲击处理改善TA15钛合金板材焊接接头处的残余应力,研究了不同超声冲击工艺参数,如冲击方式、冲击次数、冲击头形状对残余应力分布的影响,比较了超声冲击前后焊接接头组织及性能的变化。论文的主要研究结果如下:焊接态板材焊接接头处残余应力沿焊缝中心线对称分布,焊缝处为拉应力,约为TA15钛合金屈服强度的80%,母材处为压应力。冲击方式和冲击头形状是影响超声冲击作用效果的主要因素。选择冲击头形状时,应考虑焊接方式、焊缝宽度及表面平整度的影响,并且冲击头与焊缝的贴合程度越高,降低残余应力的效果越好。此外,冲击次数、单/双面冲击对残余应力的分布也有一定的影响。焊接态板材的显微组织相对原始组织变化明显。TA15钛合金原始组织为细小的等轴α,焊接接头处为典型的魏氏组织。熔合区组织粗大,热影响区晶粒相对较小。焊接态板材的延伸率从16%下降至6.5%,而屈服强度变化幅度较小,抗拉强度基本没有变化。经过超声冲击处理后的板材并没有在焊缝表面出现预期的塑性变形层,表层的显微组织也没有发生明显变化;焊接接头处的屈服强度等力学性能指标基本与焊接态板材保持一致。但是与退火态板材相比,冲击态板材延伸率偏低,显微硬度较高,这在很大程度上说明采超声冲击只是改善了焊接接头处的残余应力分布,并没有从根本上消除残余应力。
【关键词】：TA15钛合金 超声冲击 残余应力 焊接
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG407
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-25
• 1.1 TA15钛合金10-11
• 1.1.1 TA15钛合金简介10-11
• 1.1.2 TA15钛合金的国内研究进展11
• 1.2 钛合金的焊接11-13
• 1.2.1 钛合金的焊接特点11-12
• 1.2.2 TA15钛合金常用焊接工艺12-13
• 1.3 焊接残余应力13-20
• 1.3.1 焊接残余应力的产生13-14
• 1.3.2 焊接残余应力的分布14-16
• 1.3.3 焊接残余应力的测量方法16-19
• 1.3.4 焊接残余应力的消除方法19-20
• 1.4 超声冲击处理20-22
• 1.4.1 超声冲击处理原理20-21
• 1.4.2 关于焊接结构的超声冲击研究现状21-22
• 1.5 选题依据及研究内容22-25
• 1.5.1 选题依据22-23
• 1.5.2 研究内容23
• 1.5.3 技术路线23-25
• 2 实验材料及方法25-30
• 2.1 实验材料25
• 2.2 焊接方法25-26
• 2.3 残余应力测量26-28
• 2.4 超声冲击实验28-29
• 2.5 材料显微组织及力学性能的分析方法29-30
• 2.5.1 金相组织观察29
• 2.5.2 背散射电子衍射分析(EBSD)29
• 2.5.3 室温拉伸29
• 2.5.4 显微硬度29-30
• 3 超声冲击对TA15钛合金焊接接头残余应力的影响30-49
• 3.1 原始板材及焊接板材的残余应力分布30-34
• 3.1.1 原始板材30-31
• 3.1.2 电子束焊接态板材31-32
• 3.1.3 手工氩弧焊接板材32-34
• 3.2 超声冲击方案34-35
• 3.3 冲击方式对残余应力的影响35-40
• 3.3.1 电子束焊接板材35-37
• 3.3.2 手工氩弧焊板材37-40
• 3.4 冲击次数对残余应力的影响40-41
• 3.5 冲击头形状对残余应力的影响41-43
• 3.5.1 电子束焊接板材41-42
• 3.5.2 手工氩弧焊接板材42-43
• 3.6 单/双面冲击对残余应力的影响43-44
• 3.7 适合TA15钛合金焊接板材的冲击方案44-46
• 3.8 超声冲击与去应力退火对比实验46-47
• 3.9 本章小结47-49
• 4 超声冲击对TA15钛合金焊接接头组织及性能的影响49-58
• 4.1 超声冲击对TA15钛合金焊接接头显微组织的影响49-52
• 4.1.1 焊接态板材的显微组织49-50
• 4.1.2 冲击前后焊接接头表层显微组织对比50-52
• 4.2 超声冲击对TA15钛合金焊接接头力学性能的影响52-56
• 4.2.1 拉伸性能对比52-54
• 4.2.2 显微硬度对比54-56
• 4.3 实验中存在的问题56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果63-64
• 致谢64

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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

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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

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本文编号：864426