TC4鈦合金高能束流焊接接頭組織與疲勞性能研究.pdf

1、本文對(duì)TC4鈦合金高能束流(激光焊LBW和電子束焊EBW)搭接與疊焊接頭的疲勞斷裂行為進(jìn)行了詳細(xì)研究。首先應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)焊接接頭的應(yīng)力集中進(jìn)行了計(jì)算分析；其次對(duì)焊接接頭微觀組織、顯微硬度、疲勞強(qiáng)度及壽命特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,對(duì)疲勞斷口上的焊接缺陷進(jìn)行了觀察與分析,探討了焊接缺陷對(duì)疲勞行為的影響,對(duì)疲勞斷口用掃描電鏡(SEM)觀察；最后焊接接頭疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展行為進(jìn)行了分析討論,探討了焊接缺陷與疲勞強(qiáng)度的相互影響規(guī)律。
　　

2、 有限元計(jì)算分析表明,焊接接頭類型和搭接間隙是影響應(yīng)力集中的關(guān)鍵因素,搭接接頭應(yīng)力集中為6.8～7.3明顯高于疊焊接頭的1.4～2.3,但搭接接頭間隙的增大對(duì)應(yīng)力集中影響較??；激光疊焊接頭最大應(yīng)力都出現(xiàn)在焊縫上板咬邊缺陷處；而電子束焊最大應(yīng)力出現(xiàn)在上板咬邊或是下板凸高處。
　　 疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明,TC4鈦合金高能束流焊搭接接頭疲勞斷裂位置都出現(xiàn)在熱影響區(qū)。通過對(duì)疲勞壽命進(jìn)行線性擬合分析得出:激光焊對(duì)應(yīng)N=2×106疲勞壽命下,

3、搭接疲勞強(qiáng)度為41.3MPa,而電子束焊接接頭所對(duì)應(yīng)的疲勞強(qiáng)度為39.7MPa；激光疊焊焊接接頭所對(duì)應(yīng)的疲勞強(qiáng)度為210.3MPa,而電子束焊接接頭所對(duì)應(yīng)的疲勞強(qiáng)度184.1MPa,激光焊接接頭具有更高的疲勞強(qiáng)度。對(duì)于搭接接頭,影響其疲勞強(qiáng)度的主要因素為搭接間隙；對(duì)于激光疊焊焊接接頭,隨著咬邊深度和焊縫根部凸高的增加,疲勞強(qiáng)度不斷下降；對(duì)電子束焊表面進(jìn)行重熔,使得其疲勞強(qiáng)度平均提高80％。
　　 疲勞斷口分析表明,應(yīng)力水平和接頭

4、形式對(duì)TC4鈦合金焊接接頭疲勞斷裂特征的影響較大。隨著應(yīng)力水平的增加,斷口疲勞源區(qū)和擴(kuò)展區(qū)的光滑小刻面數(shù)量增多,裂紋擴(kuò)展初始階段層片狀開裂的二次裂紋更加明顯,擴(kuò)展區(qū)變得粗糙,高度差增大；搭接接頭存在多個(gè)裂紋源,裂紋擴(kuò)展速度快,基本不產(chǎn)生二次裂紋。
　　 微觀組織分析表明,原始TC4母材中細(xì)小的α+β等軸晶粒結(jié)構(gòu)經(jīng)焊后轉(zhuǎn)變?yōu)棣?β和α’馬氏體交叉混合不均勻和粗化組織結(jié)構(gòu)。激光焊縫中的網(wǎng)籃狀α’馬氏體組織要多于電子束重熔焊縫中的,而