钛合金线性摩擦焊塑性流动对焊缝成形影响
本文对退火态 TC4钛合金线性摩擦焊焊缝金属塑性流动行为及其对焊缝成形的影响进行了研究。观察焊缝横截面形貌，分析了工艺参数对焊缝成形的影响；通过添加标示材料的方法，研究了焊缝横截面和焊缝纵截面金属塑性流动特征，建立了焊缝金属流动模型，讨论了焊缝金属塑性流动对焊缝成形的影响。 研究结果表明，摩擦压力、频率以及振幅的不同匹配导致线性摩擦焊焊缝形貌呈“X”形、“I”形及“V”形。在频率与振幅不变、小摩擦压力条件下，产热速率较慢，塑性金属挤出量较少，焊缝呈“X”形；随摩擦压力的增大，界面产热速率加快，塑性金属挤出量增加，焊缝呈“I”形。当摩擦压力不变、频率与振幅较小时，焊缝热输入量较低，同时热损失小，焊缝呈“X”形；随频率与振幅的提高，焊缝热输入量增大，同时热损失也增大，易形成带氧化物缺陷的“V”形焊缝。 焊缝横截面上标示材料的分布特征表明：摩擦时间及顶锻压力会影响塑性金属的流动，进而影响塑性层的形态。摩擦时间较短时，界面处中部塑性金属受焊缝两侧金属的约束而沿轴向流动，致使塑性层呈“纺锤”形；随摩擦时间的增加，塑性层宽度增加，界面塑性金属向两侧流动，塑性层转变为“I”形。顶锻保压时间较短时，顶锻压力分布在焊缝上呈中部大、两侧小，挤压焊缝中部金属向两侧流动，焊缝呈“X”形；保压时间延长，顶锻压力挤压焊缝两侧金属流出焊缝，使焊缝呈细窄的“I”形。 通过分析标示材料在焊缝纵截面的分布，获得了接头的扩展规律、结合面塑性金属的流动形态及变形量分布： (1)摩擦时间较短时塑性层较窄，随摩擦时间的增加，塑性层迅速扩展，进入稳定阶段塑性层宽度不变； (2)结合面两侧抛物线形区域内的塑性金属沿振动方向流动，该区域约占截面面积2/5，其余3/5区域内的塑性金属沿厚度方向流动； (3)焊缝金属变形量较大区域位于振动中心线两侧5mm范围内，从中部至两侧，焊缝金属变形量逐渐减小，变形量最小区域出现在纵截面顶角附近。 焊缝金属塑性流动行为分析表明，塑性层由靠近结合面的热塑性金属和离结合面相对较远的塑性变形层金属组成。靠近结合面的热塑性金属沿振动方向迁移出焊缝的位于结合面两侧，沿厚度方向迁移出焊缝的位于结合面中部。热塑性金属被挤出的同时，塑性变形层金属在轴向压力作用下填充结合面，形成新的热塑性金属。
钛合金;线性摩擦焊;塑性流动;焊缝成形;热损失
南昌航空大学
硕士
材料工程
邢丽
2012
中文
TG453.9;TG146.23
74
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）