爆炸焊接材料具有結合力強、加工性能好以及成本低等優(yōu)點,在國防、航空航天、交通運輸、造船等領域有著廣泛的應用。目前,對爆炸焊接材料的研究主要集中在焊接參數和界面形狀對焊接質量的影響,以及不同金屬焊接界面的抗拉、抗剪切、抗彎曲的能力等方面。對爆炸焊接材料在高應變率加載下的宏觀響應研究較少,微觀結構演化過程也尚不清楚。隨著爆炸焊接材料在國防和航空航天領域的大量運用,其面臨的服役環(huán)境趨于極端惡劣,需要考慮其在高應變率加載下的動態(tài)響應和損傷破壞問題,這些問題同時也是材料科學、物理及力學領域所關心的重要科學問題。因此,研究爆炸焊接材料的動態(tài)響應和變形損傷不僅有重要的科學意義,而且可以為改善爆炸焊接材料提供可靠的實驗和理論依據。Q235和#45是普通碳鋼,價格低廉,應用廣泛,本文利用爆炸焊接的方法將兩者焊接,利用輕氣炮加載對焊接樣品進行了平板撞擊實驗,研究其動態(tài)宏觀響應和微觀損傷變形特征。主要工作和創(chuàng)新點歸納如下:(1)利用輕氣炮加載,對爆炸焊接鋼Q235/#45進行了層裂和壓縮實驗,通過多普勒光纖測速系統(tǒng)(DPS)測得了樣品的自由面速度,獲得樣品在不同飛片撞擊速度下的Hugoniot彈性極限(HEL)和層裂強度,并將其與基體材料Q235進行了對比,分析了爆炸焊接鋼的損傷變形特征。層裂實驗中,爆炸焊接界面會阻礙裂紋擴展,使其發(fā)生鈍化或偏折,從而減小了裂紋尖端的應力集中效應,使得爆炸焊接材料在高速和低速撞擊下的層裂強度和Hugoniot彈性極限均比Q235的高。在壓縮實驗中,爆炸焊接鋼和基體材料Q235在彈塑性轉變過程中呈現明顯的差異,爆炸焊接鋼的自由面速度緩慢升高,而Q235的自由面速度先在Hugoniot彈性極限附近保持一段時間之后才快速增加。(2)利用維氏硬度儀、掃描電子顯微鏡(SEM)和電子背散射衍射儀(EBSD),分析了沖擊壓縮后爆炸焊接鋼界面的力學性能和微觀損傷變形特征。SEM和EBSD表征結果顯示,受沖擊壓縮后,爆炸焊接界面的細晶區(qū)產生了大量位錯,嚴重變形區(qū)產生了大量的孿晶和亞晶界,使得這些區(qū)域的硬度得到了提升。(3)對動態(tài)拉伸加載下的爆炸焊接鋼進行了微損傷特征分析。隨著拉伸應力的增加,微損傷首先在界面超細晶粒處成核,形成小孔洞,隨著小孔洞生長相互貫通后形成裂紋且沿著波浪狀界面不斷擴展,最終導致界面完全裂開。由于界面和材料阻抗的差異,使得#45鋼中應力拉伸持續(xù)時間比Q235中的長,從而造成#45鋼中出現了較多的裂紋和孔洞,而Q235一側幾乎沒有裂紋產生。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG457.11
【部分圖文】：

他們對爆炸焊接的鈦銅材料做了拉伸剪切測試，發(fā)現損傷和變生在銅材料一側而不在結合面處。Acarerand 等[8]對爆炸焊接的復合鋼板進研究，發(fā)現直線結合與波浪狀結合界面在拉伸剪切和彎曲測試中具有相同度。在爆炸焊接的鋁銅材料中，Gulenc 等[9]對不同爆炸速率下的材料進行了°的彎曲測試，沒有發(fā)現界面分離、斷裂的現象，并且發(fā)現，隨著爆炸速率的，材料的硬度也隨之增大。陳祥寶[10]等對疊層材料進行研究，發(fā)現外來物擊對復合材料層合板的性能會產生影響，低速沖擊會造成層板開裂和分層傷。杜麗等[11]利用落錘式試驗機對鋁-鋁爆炸焊接材料的界面特征及低速沖(<10 m/s)的損傷特征進行了研究，隨著沖擊能量的增大，樣品的損傷逐漸嚴在應力波的作用下缺陷發(fā)生連貫導致基體出現了開裂和分層等損傷。這些主要是研究爆炸焊接過程中飛板的運動狀態(tài)、射流的形成、焊接參數、界狀對焊接質量的影響、不同金屬復合界面的抗拉、抗剪切、抗彎曲和抗腐能力以及低速沖擊下爆炸焊接材料的變形損傷，但是鮮有關于爆炸焊接復材料在高應變率加載下力學響應的研究。

在平板撞擊實驗中得出，層裂強度的大小和應力拉伸持續(xù)非瞬時的，而與載荷的歷史相關。著人們對層裂研究的深入，樣品的純度、微觀組織和微觀結構材料斷裂強度的影響成為了動態(tài)拉伸斷裂領域的研究熱點[27-29]究人員利用氣炮進行平板撞擊實驗，將回收后的樣品 10100 銅，發(fā)現孔洞成核對樣品層裂的最終孔洞分布起到了重要作用，差異性，不同純度的兩種 10100 銅的層裂強度有著很大的差度相差 50%左右。Grady 等[31]認為，材料微結構具有的差異性和長大，損傷的演化過程是加載方向和應力狀態(tài)的函數。Ch不同的鋁進行了層裂實驗，實驗結果表明，在峰值應力 4 G材料的層裂強度受到了微結構的影響，但是在峰值應力為 22下，材料的微結構對層裂的影響將減小。作者認為，這是因為過程中會產生新的微結構，材料的初始微結構之間的差異會被。

第 2 章 實驗技術與方法2.1 爆炸焊接2.1.1 爆炸焊接原理由于爆炸焊接具有能夠實現普通加工難以實現的焊接連接，且復合板耐腐蝕性高、結合力強、再加工性能好以及成本低等優(yōu)點，使得爆炸焊接復合材料具有很高的應用價值。常見的爆炸焊接裝置裝配分為平行安裝和傾斜安裝，本次實驗中所使用的樣品是利用平行安裝的爆炸焊接方法得到，爆炸焊接的裝置圖和焊接過程圖如圖 2-1 所示：
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本文編號：2870167