本文關(guān)鍵詞：超聲沖擊改善TA15鈦合金板材焊接接頭殘余應(yīng)力分布的研究

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【摘要】：焊接作為一種重要的材料連接方式,在航空航天、汽車(chē)、輪船等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。TA15是近α高溫鈦合金,焊接性能良好、熱穩(wěn)定性高。然而,焊接過(guò)程中的溫度分布不均勻會(huì)導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力,影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、剛度和疲勞性能。常用的降低殘余應(yīng)力方法有熱處理法和機(jī)械法。熱處理法即去應(yīng)力退火,能夠降低應(yīng)力,并使應(yīng)力均勻分布,但不能改變應(yīng)力狀態(tài),且大型焊接構(gòu)件的使用受到爐體尺寸限制。超聲沖擊是機(jī)械法中最常用的方法,與傳統(tǒng)的去應(yīng)力退火相比,能夠在焊接接頭處引入壓應(yīng)力,在降低能耗、提高工作效率等方面有較大優(yōu)勢(shì)。因此,本文采用超聲沖擊處理改善TA15鈦合金板材焊接接頭處的殘余應(yīng)力,研究了不同超聲沖擊工藝參數(shù),如沖擊方式、沖擊次數(shù)、沖擊頭形狀對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響,比較了超聲沖擊前后焊接接頭組織及性能的變化。論文的主要研究結(jié)果如下:焊接態(tài)板材焊接接頭處殘余應(yīng)力沿焊縫中心線對(duì)稱(chēng)分布,焊縫處為拉應(yīng)力,約為T(mén)A15鈦合金屈服強(qiáng)度的80%,母材處為壓應(yīng)力。沖擊方式和沖擊頭形狀是影響超聲沖擊作用效果的主要因素。選擇沖擊頭形狀時(shí),應(yīng)考慮焊接方式、焊縫寬度及表面平整度的影響,并且沖擊頭與焊縫的貼合程度越高,降低殘余應(yīng)力的效果越好。此外,沖擊次數(shù)、單/雙面沖擊對(duì)殘余應(yīng)力的分布也有一定的影響。焊接態(tài)板材的顯微組織相對(duì)原始組織變化明顯。TA15鈦合金原始組織為細(xì)小的等軸α,焊接接頭處為典型的魏氏組織。熔合區(qū)組織粗大,熱影響區(qū)晶粒相對(duì)較小。焊接態(tài)板材的延伸率從16%下降至6.5%,而屈服強(qiáng)度變化幅度較小,抗拉強(qiáng)度基本沒(méi)有變化。經(jīng)過(guò)超聲沖擊處理后的板材并沒(méi)有在焊縫表面出現(xiàn)預(yù)期的塑性變形層,表層的顯微組織也沒(méi)有發(fā)生明顯變化;焊接接頭處的屈服強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)基本與焊接態(tài)板材保持一致。但是與退火態(tài)板材相比,沖擊態(tài)板材延伸率偏低,顯微硬度較高,這在很大程度上說(shuō)明采超聲沖擊只是改善了焊接接頭處的殘余應(yīng)力分布,并沒(méi)有從根本上消除殘余應(yīng)力。
【關(guān)鍵詞】：TA15鈦合金 超聲沖擊 殘余應(yīng)力 焊接
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG407
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-25
• 1.1 TA15鈦合金10-11
• 1.1.1 TA15鈦合金簡(jiǎn)介10-11
• 1.1.2 TA15鈦合金的國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展11
• 1.2 鈦合金的焊接11-13
• 1.2.1 鈦合金的焊接特點(diǎn)11-12
• 1.2.2 TA15鈦合金常用焊接工藝12-13
• 1.3 焊接殘余應(yīng)力13-20
• 1.3.1 焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生13-14
• 1.3.2 焊接殘余應(yīng)力的分布14-16
• 1.3.3 焊接殘余應(yīng)力的測(cè)量方法16-19
• 1.3.4 焊接殘余應(yīng)力的消除方法19-20
• 1.4 超聲沖擊處理20-22
• 1.4.1 超聲沖擊處理原理20-21
• 1.4.2 關(guān)于焊接結(jié)構(gòu)的超聲沖擊研究現(xiàn)狀21-22
• 1.5 選題依據(jù)及研究?jī)?nèi)容22-25
• 1.5.1 選題依據(jù)22-23
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容23
• 1.5.3 技術(shù)路線23-25
• 2 實(shí)驗(yàn)材料及方法25-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料25
• 2.2 焊接方法25-26
• 2.3 殘余應(yīng)力測(cè)量26-28
• 2.4 超聲沖擊實(shí)驗(yàn)28-29
• 2.5 材料顯微組織及力學(xué)性能的分析方法29-30
• 2.5.1 金相組織觀察29
• 2.5.2 背散射電子衍射分析(EBSD)29
• 2.5.3 室溫拉伸29
• 2.5.4 顯微硬度29-30
• 3 超聲沖擊對(duì)TA15鈦合金焊接接頭殘余應(yīng)力的影響30-49
• 3.1 原始板材及焊接板材的殘余應(yīng)力分布30-34
• 3.1.1 原始板材30-31
• 3.1.2 電子束焊接態(tài)板材31-32
• 3.1.3 手工氬弧焊接板材32-34
• 3.2 超聲沖擊方案34-35
• 3.3 沖擊方式對(duì)殘余應(yīng)力的影響35-40
• 3.3.1 電子束焊接板材35-37
• 3.3.2 手工氬弧焊板材37-40
• 3.4 沖擊次數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力的影響40-41
• 3.5 沖擊頭形狀對(duì)殘余應(yīng)力的影響41-43
• 3.5.1 電子束焊接板材41-42
• 3.5.2 手工氬弧焊接板材42-43
• 3.6 單/雙面沖擊對(duì)殘余應(yīng)力的影響43-44
• 3.7 適合TA15鈦合金焊接板材的沖擊方案44-46
• 3.8 超聲沖擊與去應(yīng)力退火對(duì)比實(shí)驗(yàn)46-47
• 3.9 本章小結(jié)47-49
• 4 超聲沖擊對(duì)TA15鈦合金焊接接頭組織及性能的影響49-58
• 4.1 超聲沖擊對(duì)TA15鈦合金焊接接頭顯微組織的影響49-52
• 4.1.1 焊接態(tài)板材的顯微組織49-50
• 4.1.2 沖擊前后焊接接頭表層顯微組織對(duì)比50-52
• 4.2 超聲沖擊對(duì)TA15鈦合金焊接接頭力學(xué)性能的影響52-56
• 4.2.1 拉伸性能對(duì)比52-54
• 4.2.2 顯微硬度對(duì)比54-56
• 4.3 實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題56-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果63-64
• 致謝64

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