航空轻合金薄板激光焊接头的断裂韧性研究

摘要

本文主要研究钛合金、铝合金激光焊接接头断裂韧性。对1420铝锂合金，试验按照美国材料试验学会ASTMB871-01《铝合金产品撕裂试验标准》进行；对BT20钛合金，试验按照美国材料试验学会ASTME1820-01《断裂韧性测量标准试验方法》及英国标准草案BS7448-1997进行。同时参照美国材料试验学会ASTME1152《确定J-R曲线的试验方法》对试验结果进行分析。研究了铝锂合金及钛合金激光焊接接头的硬度分布及显微组织。 1420铝锂合金撕裂试验表明，所有试样的启裂能均高于裂纹扩展能。不论启裂能还是裂纹扩展能，基材均高于焊缝及热影响区，基材L-T方向高于T-L方向。断口观察发现，基材的断口表面，特别是T-L方向存在长而深的撕裂凹槽，焊缝及热影响区试样表面主要是沿晶或沿亚晶的脆性断口。由基材的高韧性到焊缝与热影响区的低韧性，是由于发生了断裂模式的转变，发生了由延性断裂向沿晶脆性断裂的转变。 BT20钛合金断裂试验表明，CT试样均在裂纹延性启裂并缓慢扩展后，发生脆性失稳断裂。母材的断裂韧性明显高于焊接接头，轧制方向对母材断裂韧性的影响不明显。焊接热影响区的断裂韧性介于母材和焊缝金属之间。本研究采用的焊后热处理没有改善焊接接头的断裂韧性，还有进一步恶化的趋势。添加活性剂对焊缝金属的断裂韧性没有明显作用。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1铝锂合金

1.2钛合金

1.2.1钛合金及应用

1.2.2钛合金材料的类型与特性

1.3激光焊接技术的特点与国内外发展概况

1.3.1激光焊接的特点

1.3.2激光焊接技术国内外进展

1.4本论文研究的内容及目的

第2章铝锂合金和钛合金的激光焊接

2.1激光技术及应用

2.1.1激光的诞生

2.2铝锂合金的激光焊接

2.2.1铝合金激光焊接缺陷及防止方法

2.2.2铝锂合金激光焊接工艺

2.3钛合金的激光焊接

2.3.1钛合金焊接的主要问题

2.3.2钛合金激光焊接工艺

2.4本章小结

第3章断裂韧性基础

3.1断裂韧性简介

3.2平面应变断裂韧性KIC

3.2.1应力强度因子

3.2.2平面应变断裂韧性KIC

3.2.3 KIC测试原理与方法

3.2.4动态断裂韧性KId

3.2.5影响KIC的因素

3.2.6提高KIC的途径

3.3 J积分

3.3.1 J积分定义

3.3.2薄试样J积分断裂阻力曲线

3.3.3 J积分测试标准

3.3.4 J积分测试方法

3.3.5 J积分的应用

3.4本章小结

第4章1420铝锂合金激光焊接头的断裂韧性研究

4.1试验材料

4.2试样制备

4.3试验方法与程序

4.4试验结果

4.4.1焊接接头硬度分布

4.4.2金相组织

4.4.3盐雾腐蚀试验

4.4.4撕裂试验结果与讨论

4.4.5断口分析

4.5本章小结

第5章BT20钛合金激光焊接头的断裂韧性研究

5.1钛合金焊接结构在先进飞机中的应用

5.2试验材料与方法

5.2.1化学成分与拉伸性能

5.2.2焊接试板与硬度试验

5.2.3金相检查

5.2.4盐雾腐蚀试验

5.3断裂试验与讨论

5.3.1断裂试样

5.3.2试验方法与程序

5.3.3特征断裂韧性的确定

5.3.4启裂断裂韧性的确定

5.3.5断口分析

5.4本章小结

结论

参考文献

发表论文

致谢