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空间热循环及原子氧对铝合金焊接接头性能的影响

作　者: 赵秀芝
导　师: 王长利
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 铝合金 焊接接头 空间热循环 原子氧 力学性能
分类号: TG407
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 58次
引　用: 1次
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内容摘要


航天器特别是空间站舱体及内部桁架大多都是铝合金焊接结构，由于焊接接头中的成分与组织不均匀性、几何不连续性，以及焊接残余应力的存在，它往往是焊接结构中最薄弱的部位。航天器运行环境十分恶劣，根据航天器在轨故障的分析，空间环境引发的航天器故障是主要的。为了航天器的可靠性，空间环境模拟试验是航天器研制工作的重要程序。本文以航天器用LF6铝合金变极性等离子弧焊接接头为研究对象，在模拟空间热循环和原子氧环境的设备中，研究了不同热循环条件和原子氧环境下接头性能的变化。采用IBSTRON-5569电子万能材料试验机测试预加载热循环试验前后及原子氧辐照前后焊接接头宏观力学性能，用扫描电子显微镜(SEM)、金相显微镜和透射电子显微镜(TEM)分析了热循环试验前后，焊接接头的断口形貌和第二相粒子的成分、微观组织及位错组态的变化。采用机械方法中切块法测试原子氧辐照前后焊接残余应力，用XPS、扫描电子显微镜及XRD，研究了原子氧辐照前后试样的表面成分、氧化层厚度和表面形貌及微观结构的变化。研究结果表明：不同热循环条件对不同焊接状态的LF6铝合金焊接接头试件的力学性能影响不同。焊接状态为错边的试件，热循环使焊接接头的屈服强度有明显升高；而对焊接接头的拉伸强度影响较小(除错边2mm试件外)。对焊接状态为间隙试件：经过较低预加载应力的热循环后，焊接接头的拉伸强度和屈服强度较常规环境下升高，而塑性降低；在高预加载应力的热循环后，焊接接头的拉伸强度和塑性较常规环境下有所降低，而屈服强度则明显升高。热循环后LF6铝合金焊接接头的断口形貌及显微组织没有明显的变化，接头内部的位错密度显著增加。原子氧辐照后，焊接残余拉应力降低，残余压应力升高，试件的拉伸断裂位置都在未辐照端的焊接热影响区。原子氧辐照引起LF6铝合金材料的表面光学性能(半球发射率和太阳吸收比)和表面氧化层中氧的含量增加，表面形貌较辐照前较平坦。LF6铝合金材料的晶体结构在原子氧作用后没有明显变化。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-20
  1.1 课题来源及研究的目的与意义  9-11
  1.2 国内外的研究现状  11-15
    1.2.1 空间环境及其对材料性能的影响  11
    1.2.2 空间热循环环境  11-13
    1.2.3 原子氧环境  13-15
  1.3 LF6 铝合金焊接性分析  15-16
  1.4 焊接接头的力学行为  16-18
  1.5 焊接结构的安全可靠性评定  18-19
  1.6 主要研究内容  19-20
第2章 试验材料及研究方法  20-25
  2.1 试验材料  20-21
  2.2 焊接接头的制备  21-22
  2.3 模拟空间热循环试验  22-23
    2.3.1 力学性能测试  22
    2.3.2 断口分析及第二相粒子成分  22
    2.3.3 显微组织观测  22-23
    2.3.4 位错组态的变化  23
  2.4 模拟空间原子氧试验  23
  2.5 性能测试  23-24
    2.5.1 焊接残余应力测试  23
    2.5.2 宏观力学性能测试  23
    2.5.3 光学性能变化  23-24
  2.6 微观结构及形貌分析  24-25
    2.6.1 表面成分分析  24
    2.6.2 表面氧化层厚度分析  24
    2.6.3 表面形貌分析  24
    2.6.4 XRD 分析  24-25
第3章 模拟空间热循环试验研究  25-43
  3.1 引言  25
  3.2 模拟空间热循环试验  25-27
  3.3 LF6 铝合金焊接接头的宏观力学性能变化  27-37
    3.3.1 断口形貌  32-35
    3.3.2 焊接接头中的第二相粒子  35-37
  3.4 微观组织分析  37-40
    3.4.1 显微组织  37-39
    3.4.2 位错组态的变化  39-40
  3.5 热循环条件下铝合金焊接接头力学性能变化的机理  40-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章 模拟原子氧环境试验研究  43-59
  4.1 引言  43
  4.2 焊接残余应力  43-47
    4.2.1 焊接残余应力产生的原因及残余应力场  44
    4.2.2 焊接残余应力的实验测定  44-47
  4.3 原子氧地面模拟试验  47-49
  4.4 性能测试  49-54
    4.4.1 焊接残余应力的变化  49-51
    4.4.2 宏观力学性能分析  51-52
    4.4.3 光学性能的变化  52-54
  4.5 微观结构及形貌分析  54-58
    4.5.1 表面成分分析  54-55
    4.5.2 表面氧化层厚度  55-56
    4.5.3 表面形貌  56-57
    4.5.4 XRD 分析  57-58
  4.6 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  64-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接一般性问题 > 焊接接头的力学性能及其强度计算
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