薄板激光深熔焊接頭斷裂行為的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展，高強(qiáng)、輕質(zhì)材料如鈦合金和鋁鋰合金薄板在航空器結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越普遍，這些材料的先進(jìn)連接方法如激光深熔焊的采用也十分廣泛。因此，開展鈦合金和鋁鋰合金薄板激光深熔焊接頭斷裂行為的研究，一方面為推廣它們在航空工業(yè)中的應(yīng)用提供設(shè)計(jì)依據(jù)，同時(shí)對保證結(jié)構(gòu)的安全可靠性也具有十分重要的意義。 針對TC4、BT20鈦合金和1420鋁鋰合金薄板，本文采用實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬的方法研究了激光焊接頭的疲勞性能、斷口形貌及塑性損傷行為。

2、 本文首先對TC4鈦合金薄板母材和激光焊接頭的疲勞性能進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，激光焊接頭的疲勞壽命在高應(yīng)力水平時(shí)低于母材的疲勞壽命，而在低應(yīng)力水平時(shí)卻高于母材，活性劑的加入對疲勞壽命影響不大；激光焊接后焊縫區(qū)有脆性斷裂的傾向。 對BT20鈦合金用SEM原位觀察的方法研究了母材和焊縫在塑性大應(yīng)變條件下?lián)p傷的萌生與演化特征。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對于母材試樣，微孔洞以β相與基體α相界面脫開的方式形核；對于焊縫試樣，微裂紋在切應(yīng)力與正應(yīng)

3、力共同作用下沿滑移帶萌生，在裂紋前端滑移帶相交處，應(yīng)力集中會引發(fā)新的微裂紋，并隨后與主裂紋相連，從而導(dǎo)致裂紋的“Z”字型擴(kuò)展。 在宏觀上，用連續(xù)損傷力學(xué)的方法推導(dǎo)出了塑性損傷演化模型，并以彈性模量作為損傷變量對損傷進(jìn)行了實(shí)際測量。試驗(yàn)表明，對于BT20鈦合金，模型與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，激光焊接頭的損傷演化速度高于母材。而彈性模量法不適于1420鋁鋰合金。 最后，用細(xì)觀損傷力學(xué)的方法，采用修正Gurson模型對BT20鈦合金