论文题目: TA15钛合金焊接接头疲劳与断裂行为研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料学
作者: 刘昌奎
导师: 张卫方
关键词: 钛合金,焊接,缺陷,疲劳断裂,裂纹萌生与扩展
文献来源: 北京航空材料研究院
发表年度: 2005
论文摘要: 本文以TA15钛合金氩弧焊(GTAW)和电子束焊(EBW)焊接接头作为研究对象,对焊接接头的硬度、拉伸断裂行为、疲劳断裂行为进行了分析研究,对断口上的焊接缺陷进行了观察与分析,探讨了焊接缺陷对疲劳行为的影响,并通过扫描电镜(SEM)原位(In-Situ)疲劳试验,对焊接接头疲劳裂纹的萌生与扩展行为进行了研究。研究结果表明,TA15钛合金氩弧焊焊缝和热影响区硬度均低于母材,电子束焊焊缝和热影响区硬度与母材相当。氩弧焊和电子束焊焊接接头的室温抗拉强度与母材基本相当,但塑性均明显降低。应力比和应力水平对TA15钛合金焊接接头疲劳断裂特征的影响较大。当应力比R为0.06和0.5时,疲劳裂纹扩展中后期一般才能发现疲劳条带,而当应力比R为-1时,断口表面摩擦痕迹较多,在稳定扩展区的早期就可见较为明显的疲劳条带。随着应力水平的增加,断口源区和扩展区的光滑小刻面数量增多,裂纹扩展初期层片状开裂的二次裂纹更加明显,扩展区变得粗糙,高差增大。TA15钛合金氩弧焊和电子束焊焊接接头的主要焊接缺陷为气孔,且氩弧焊气孔一般较电子束焊气孔大。气孔大小(d)及其距表面的距离(a)对试样疲劳寿命存在较大的影响,气孔尺寸越大,距表面距离越小,试样的疲劳寿命越低。当a大于0.3mm时,疲劳裂纹一般起源于直径最大的气孔;当a小于0.3mm时,裂纹则易起源于距试样表面最近的气孔。TA15钛合金焊接接头疲劳裂纹的萌生机制为表面滑移带开裂。疲劳裂纹的萌生过程为:在循环应力作用下,发生滑移并在焊缝靠近熔合线区域逐渐形成滑移带,随着循环次数的增加,滑移带不断变宽,并形成滑移带的挤入挤出。当循环到一定程度时,优先沿着与α片层方向一致的滑移线开裂,形成微裂纹。TA15钛合金焊缝疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端滑移明显,滑移线较长,而热影响区裂纹扩展初期裂纹尖端滑移不明显,在裂纹扩展中后期才出现较为明显的滑移,且滑移线较短,存在较多的二次裂纹。焊缝疲劳裂纹扩展速率在裂纹扩展的Ⅰ、Ⅱ阶段都高于热影响区。焊缝和热影响区晶粒大小和微观组织的差异是造成裂纹扩展行为不同的主要原因。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景、目的及意义
1.2 国内外研究进展及现状
1.2.1 钛合金及其焊接件疲劳裂纹的萌生与扩展行为
1.2.2 焊接缺陷对疲劳行为的影响
1.3 课题研究内容与思路
第2章 试验材料与方法
2.1 试验材料
2.2 焊接工艺及参数
2.3 显微组织观察
2.4 力学性能试验
2.5 原位疲劳试验
2.6 断口分析
第3章 钛合金焊接接头的断裂行为
3.1 引言
3.2 焊接接头显微组织
3.2.1 氩弧焊焊接接头显微组织
3.2.2 电子束焊焊接接头显微组织
3.3 焊接接头显微硬度
3.4 焊接接头拉伸断裂行为
3.4.1 性能试验结果
3.4.2 断裂特征
3.4.3 分析与讨论
3.5 焊接接头疲劳断裂行为
3.5.1 疲劳断裂位置及宏观形貌
3.5.2 氩弧焊焊接接头疲劳断裂特征
3.5.3 电子束焊焊接接头疲劳断裂特征
3.5.4 氩弧焊与电子束焊焊接接头疲劳断裂特征对比分析
3.6 小结
第4章 钛合金焊接缺陷及其对疲劳行为的影响
4.1 引言
4.2 常见的钛合金焊接缺陷
4.3 焊接缺陷形貌特征
4.4 焊接缺陷对疲劳行为的影响
4.4.1 试验结果
4.4.2 试验数据分析
4.4.3 分析与讨论
4.5 小结
第5章 钛合金焊接接头疲劳裂纹的萌生
5.1 引言
5.2 疲劳裂纹萌生原位观察试验结果
5.3 焊接接头疲劳裂纹萌生机制
5.4 小结
第6章 钛合金焊接接头疲劳裂纹的扩展行为
6.1 引言
6.2 焊缝疲劳裂纹扩展原位观察试验结果
6.3 热影响区疲劳裂纹扩展原位观察试验结果
6.4 焊接接头疲劳裂纹扩展行为
6.4.1 焊缝疲劳裂纹扩展
6.4.2 热影响区疲劳裂纹扩展
6.5 分析与讨论
6.6 小结
结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
发布时间: 2008-12-09
参考文献
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