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航空铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳裂纹扩展速率试验研究

作　者: 吴海亮
导　师: 杨新岐
学　校: 天津大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 搅拌摩擦焊 疲劳性能 铝合金 疲劳裂纹扩展速率 da/dN曲线 焊接缺陷
分类号: TG407
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


要实现铝合金搅拌摩擦焊技术的工业化应用和推广,接头的疲劳行为是必不可少的重点研究对象之一。本实验通过高频疲劳实验,对航空铝合金LC4CS和7075-T6搅拌摩擦焊预制裂纹穿焊缝中心,预制裂纹穿焊缝前进边,预制裂纹穿焊缝后退边,预制裂纹垂直于焊缝四种形式焊接接头疲劳性能进行了研究,金相组织观察,维氏硬度实验作为辅助试验,通过接头焊缝各区域的组织、缺陷和硬度来进一步的了解接头的疲劳性能。该实验为建立合理的搅拌摩擦焊接接头的疲劳评定规范提供重要依据,从而推动搅拌摩擦焊接技术在航天领域的广泛应用。IIW疲劳试验标准对于FSW接头是比较保守的,应该设计符合FSW的疲劳试验标准。7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头预制裂纹穿焊缝中心试样、预制裂纹穿焊缝前进边试样、预制裂纹穿焊缝后退边试样和预制裂纹垂直于焊缝试样疲劳裂纹扩展速率方程分别为:da/dN=2.5058×1012（△K）4.08、da/dN=4.6002×10-11（△K）3.05、da/dN= 1.8213×10-11（△K）3.16、da/dN=4.9165×10-10（△K）2.44。LC4CS铝合金搅拌摩擦焊接头预制裂纹穿焊缝中心试样、预制裂纹穿焊缝前进边试样、预制裂纹穿焊缝后退边试样和预制裂纹垂直于焊缝试样的疲劳裂纹扩展速率方程分别为:da/dN=1.8382×10-12（△K）4.27、da/dN=1.6872×10-11（△K）3.49、da/dN=6.2811×10-11 （△K）3.01、da/dN=1.1229×10-10（△K）2.95。LC4CS铝合金FSW接头抗疲劳裂纹扩展能力不如7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接接头,但是相差不大。△K较小时,预制裂纹垂直于焊缝试样疲劳裂纹扩展速率最快。△K较大时,预制裂纹穿焊缝后退边试样疲劳裂纹扩展速率最慢,预制裂纹穿焊缝中心试样疲劳裂纹扩展速率最快。焊缝成形良好,基本没有变形,两种铝合金前进边热影响区与搅拌区的边界比较清晰。焊核区均为细小的等轴晶粒,远小于铝合金母材的晶粒,母材均为沿轧制方向拉长的等轴晶。试验表明尽管焊核区为细小等轴晶,然而抗疲劳裂纹扩展能力不是最好,这可能与接头中存在的残余应力有关。两种铝合金搅拌摩擦焊接接头的维氏硬度分布均为“W”型,硬度最低值出现在热影响区。在两种铝合金搅拌摩擦焊接接头中发现氧化物夹杂、贯穿性缺陷和根部缺陷,对接头的疲劳性能不利。在实际过程中应通过优化焊接工艺,提高加工精度等措施来减少这种缺陷。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-20
  1.1 选题背景及意义  8-9
  1.2 FSW 疲劳性能研究现状综述  9-19
    1.2.1 疲劳断裂行为  9-11
    1.2.2 目前国内外FSW 疲劳试验结果  11-13
    1.2.3 影响FSW 疲劳裂纹扩展的因素  13-17
    1.2.4 FSW 残余应力的影响  17-19
  1.3 本文研究的主要内容  19-20
第二章 FSW 疲劳裂纹扩展试验原理  20-28
  2.1 材料及试样  20-22
  2.2 试验设备及材料  22-23
  2.3 试验原理及结果统计处理  23-25
    2.3.1 实验原理  23-24
    2.3.2 试验数据处理方法  24-25
  2.4 金相组织观察  25-26
  2.5 硬度检测试验  26-27
  2.6 本章小结  27-28
第三章 FSW 接头疲劳裂纹扩展试验结果  28-46
  3.1 组织特征  28-31
    3.1.1 宏观组织特征  28-29
    3.1.2 微观组织特征  29-31
  3.2 硬度分布特征  31-33
  3.3 疲劳裂纹扩展速率结果  33-44
  3.4 本章小结  44-46
第四章 FSW 接头疲劳裂纹扩展试验结果分析讨论  46-59
  4.1 FSW 接头疲劳裂纹扩展实验结果分析  46-47
  4.2 同种铝合金不同形式试样的疲劳裂纹扩展速率的对比  47-49
  4.3 不同铝合金相同形式试样的疲劳裂纹扩展速率的对比  49-53
  4.4 同种铝合金相同形式试样的疲劳裂纹扩展速率的对比  53-54
  4.5 焊接缺陷的影响  54-57
    4.5.1 根部缺陷  54-56
    4.5.2 贯穿性缺陷  56
    4.5.3 Al_2O_3 氧化物夹杂  56-57
  4.6 本章小结  57-59
第五章 结论  59-60
参考文献  60-65
发表论文和参加科研情况说明  65-66
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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