超声冲击对钛合金激光焊接接头性能的影响

作     者：徐永臻 

作者单位：沈阳航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丛家慧

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：超声冲击处理 钛合金 表面完整性 疲劳性能 耐腐蚀性 

摘      要：钛合金激光焊接的发展与应用,既克服了钛合金加工性差的缺点,又提高了结构完整性和承载效率。然而,在优化焊接参数前提下,钛合金激光焊接接头仍然存在耐腐蚀性和疲劳性能较差的问题。超声冲击技术可以改善焊接接头疲劳性能和腐蚀性能。本文主要研究了超声冲击技术对钛合金激光焊接接头性能影响,并在此基础上研究了超声冲击振幅对焊接接头性能的影响程度。采用试验研究与理论分析相结合的方法,对超声冲击处理的钛合金激光焊接接头的表面完整性、疲劳性能、裂纹扩展速率、腐蚀疲劳性能以及疲劳断口形貌进行了系统对比、观察与分析。首先,对超声冲击前后焊接接头的表面完整性与耐腐蚀性进行研究。结果表明,超声冲击改善了表面质量,形成了塑性变形层,提高了显微硬度,引入了残余压应力,降低了腐蚀速率,但提升了表面粗糙度。其次,对试样进行了疲劳性能、腐蚀疲劳性能、裂纹扩展测试试验,并对裂纹扩展速率趋势进行了预测。结果表明,超声冲击提高了疲劳强度,延长了疲劳寿命,降低了裂纹扩展速率,振幅越高,提升效果更显著,并且准确预测了裂纹扩展速率趋势。最后,对疲劳断口形貌进行观测,观察包括疲劳源、裂纹扩展区、瞬断区等,对断裂机理进行分析、总结。结果表明,经过超声冲击试样的裂纹源移至材料内部,裂纹扩展路径变得曲折、裂纹扩展方向发生偏移,疲劳条纹的间距减少、密度增加,疲劳瞬断区的韧窝尺寸增大,这些特征表明超声冲击可以有效降低裂纹扩展速率,提高疲劳性能,延长疲劳寿命。