含泡沫镍中间层陶瓷/不锈钢接头微观组织和性能

连接温度850℃,保温时间60 min,用泡沫镍金属作为中间层真空钎焊Al₂O₃陶瓷与1Cr18Ni9Ti不锈钢,利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）分析钎焊接头的微观组织,利用剪切实验检测接头的力学性能。实验结果表明,不添加中间层时,接头平均剪切强度只有7.7 MPa,断裂位置发生在陶瓷侧;添加泡沫镍中间层时,接头平均剪切强度达到101.7 MPa,断裂位置发生在陶瓷与泡沫镍金属连接界面处。不添加中间层时,Ti元素主要分布在钎料与陶瓷以及钎料与不锈钢反应界面处;添加中间层后钎焊接头中Ti元素主要分布在中间层,与Ni元素形成TiNi₃,Ag、Cu和Ti元素分布更加均匀。      

航天器异种金属钎焊接头静态裂纹行为分析

采用高频感应钎焊方法连接了航天推进系统的异种金属(钛合金与不锈钢)薄壁小直径导管结构,结构的质量和性能远远优于螺栓连接的导管结构.钎焊接头静态拉伸试验发现,银基钎料钎焊的接头承载能力要优于铜基钎料.对静态拉伸断裂接头的微观组织进行了分析,结果发现,银基钎料钎焊的接头区域出现的裂纹仅在钎缝区域萌生和扩展,当裂纹扩展到钎缝与母材的界面位置时停止扩展.铜基钎料钎焊的接头区域的裂纹从3个位置萌生:钎缝2种组织的交界处,钎缝与钛合金、不锈钢的界面.裂纹驱动力主要是由静态拉伸载荷和异种金属钎焊接头失配行为构成的,而裂纹扩展抗力主要与钎焊接头的微观组织有关.     

TiAl/IN718合金过渡液相连接

采用过渡液相TLP(Transient Liquid Phase)连接技术,以金属Ti,Cu,Ni箔构成复合焊料连接TiAl和IN718合金.研究了保温时间对接头界面结构的影响.实验结果表明:采用Ti-Cu,Ti-Ni复合焊料可以制备无缺陷的接头,但2种焊料形成液相的过程和机理不同.由于在等温凝固过程中,从IN718合金中扩散过来的合金元素可在焊缝区聚集,从而在接头中形成亚层结构.通过对接头焊缝区的组织分析和硬度测试表明,在实验条件下Ti-Ni焊料的等温凝固过程持续时间比Ti-Cu的短.     

钛合金TC4与1Cr18Ni9Ti不锈钢的扩散焊工艺探索

选有纯铜和纯镍作为中间层金属，探索ＴＣ４钛合金和１Ｃｒ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢的真空扩散焊工艺，采用金相法，扫描电镜，Ｘ射线衍射等手段对接头界面附近的微区进行了较详细的分析，结果表明，采用上述中间层进行ＴＣ４－１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ的扩散焊时，Ｃｕ和Ｔｉ产生强烈的共晶反应，但并末阻止Ｔｉ向不锈钢中扩散，各元素相互扩散的结果，使接头中形成多层次的不同组织和多种化合物，导致接头强度较低，呈脆性断裂。     

复合材料单搭接胶接接头试验研究与数值模拟

针对不同搭接长度和不同被胶接件厚度的T300/QY8911层合板单搭接胶接接头进行了试验研究和数值模拟.建立了不同试验参数下的三维有限元模型,基于Hashin准则和连续介质损伤力学(CDM,Continuum Damage Mechanics)预测层合板面内损伤的起始和演化,应用黏聚区模型(CZM,Cohesive Zone Model)模拟层合板的分层损伤及胶层的失效.系统地研究了接头在不同参数下的失效模式、破坏形貌和极限载荷等的变化,模拟结果与试验吻合良好,验证了有限元分析模型的有效性.通过对接头的破坏形貌和应力分布进一步分析发现,胶接连接的失效模式和极限载荷均与胶接长度和被胶接件厚度有关;模拟接头胶接区在不同加载时刻的应力分布变化,反映了胶接连接在拉伸载荷下的破坏起始和演化过程.     

基于XFEM-CZM耦合法的胶接接头裂纹扩展分析及强度预测

采用扩展有限元法（XFEM）和内聚力模型（CZM）相耦合的方法，分析胶接接头胶层内部裂纹扩展、界面脱粘分层现象。采用内聚力单元和内聚力接触描述胶层/板材界面，建立单/双搭接接头有限元模型。预测拉伸载荷下接头的强度性能并与已有试验数据对比分析，验证XFEM-CZM耦合法的可行性及内聚力单元和内聚力接触2种界面建模方法的有效性。模拟裂纹从胶层内部扩展至胶层/板材界面并引起界面脱粘分层的过程，分析其损伤失效机理。讨论初始裂纹长度和界面刚度、强度及应变能释放率对胶接接头强度性能的影响。结果表明:胶接接头强度随初始裂纹长度增加而降低，且在双搭接接头模型中表现更为明显；界面刚度、强度对胶接接头强度影响较大而应变能释放率的影响较小。      

考虑过载迟滞效应的一个新模型

根据有效残余压应力的概念,并考虑基本循环中残余压应力的松弛,导出了计算过载后裂纹扩展速率的公式其中(da/dn)_0为未受过载影响的扩展速率,u=1 (1-α)λ-(1-α)(k_(ap)/Δk_b),及应力松弛系数 用本文方法对铝合金Ly12,2024,钛合金Ti—6Al—4V等试件在不同载荷情况下的过载迟滞期进行了计算。如令系数n=4,发现计算结果与实验结果符合得相当好。     

热障涂层的残余应力分析

建立了热障涂层结构的残余应力计算公式,分析了陶瓷层和氧化层弹性模量、热膨胀系数及其厚度的变化对残余应力的影响.结果表明:陶瓷层和氧化层的面内残余应力均为压应力,其数值与温降成正比;自身弹性模量越高或热膨胀系数越小,陶瓷层或氧化层的残余应力越大;厚度变化对残余应力的影响很小;典型情况下陶瓷层的室温残余应力接近300 MPa,明显低于大块陶瓷材料的抗压强度.这些结果对分析热障涂层结构的失效机制有指导意义.      

双剪连接件及双耳连接耳片疲劳寿命估算的逐次累计求和算法

为了研究复杂连接件疲劳失效机理和估算其裂纹形成和扩展寿命,在双剪连接件和双耳连接耳片疲劳试验的基础上,首先,通过扫描电子显微镜（SEM）分析,研究了其破坏模式和机理,并利用断口定量反推技术判读了疲劳裂纹形成与扩展寿命。然后,根据应力严重系数法,建立了复杂连接件疲劳性能S-N-L（疲劳应力-寿命-应力严重系数）曲面;利用该曲面,发展了复杂连接件疲劳裂纹形成寿命估算算法;基于断裂力学理论,推导出裂纹扩展长度与扩展角度公式,建立了疲劳裂纹扩展寿命估算的累计求和算法。最后,运用寿命估算方法,估算了双剪连接件的疲劳裂纹形成寿命、双剪连接件和双耳连接耳片的裂纹扩展寿命,预测结果与断口判读结果吻合良好。本文寿命估算方法为复杂连接件疲劳定寿提供了理论依据。      

激光处理对Ti6Al4V焊缝表面应力状况的影响

激光冲击强化是利用高功率密度(GW/cm2)、短脉冲(ns量级)激光束辐射金属时产生高强度冲击波在金属材料或零件表层形成数百兆帕的残余应力,从而改善金属材料性能的一项新技术.利用Nd:glass重复率激光和机械喷丸分别对Ti6Al4V钛合金电子束焊缝进行了冲击强化处理,研究了激光冲击处理和激光冲击+机械喷丸两种不同处理工艺对电子束焊缝残余应力的影响.试验结果表明,两种处理方式都明显改善Ti6Al4V钛合金电子束焊缝的残余压应力,尤其激光冲击＋机械喷丸工艺表面残余应力改变明显, 而且在次表面层残余应力随着深度的增加而增大, 最大残余应力出现在距表面20~30μm左右.      

热障涂层热应力影响因素的正交有限元分析

利用有限元分析方法,采用Walker粘塑性材料本构模型计算了喷涂于圆管型试件上的热障涂层在室温和高温环境下的热应力.使用试验中常用的正交设计分析方法,分析了热障涂层不同的结构和喷涂工艺中的4种因素在取不同的水平条件时对热障涂层热应力的影响.分析结果表明:对于所考察的危险点,4种因素对热障涂层中热应力的产生都有显著影响,其中以氧化层的厚度对其影响最为严重;4种因素随其各自水平的变化对涂层内部应力变化的影响规律不同.     

再生型壳与ZTC4熔体的界面稳定性

从研究再生型壳中几种典型金属离子对铸件表面的污染影响规律入手,通过在型壳材料中添加Al、Nb和Mn等金属元素实际浇铸ZTC4合金（Ti-6Al-4V）,探讨不同残留金属在铸造过程中对铸件表面质量、陶瓷/钛合金界面成分、组织形貌及显微硬度等的影响,揭示废弃型壳材料中铸造残留金属对钛合金新铸坯陶瓷/合金界面稳定性的影响规律。结果表明:含Al、Nb和Mn等金属残留的型壳浇铸ZTC4合金,铸件表面外观平整无明显铸造缺陷;相比无金属残留型壳,含残留金属型壳的铸件表面粗糙度明显增加;Al金属残留对型壳与熔融钛合金界面稳定性的影响较小,而Nb和Mn金属残留能明显降低型壳与熔融钛合金的界面稳定性,铸件表面粗糙度可以在一定程度上反映界面稳定性;当型壳中含有Al金属残留时,陶瓷/合金界面处析出Ti₅Si₃相。      

OCrl8Ni9Ti超音频脉冲TIG焊接头组织与性能

采用研制的基于新型IGBT拓扑电路的超音频直流脉冲TIG焊电源焊接0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢,并与常规直流TIG焊获得的接头进行对比.分别对各接头进行X-射线探伤检测,接头的抗拉强度测试,焊缝金相显微组织与拉伸断口SEM照片观察对比.试验结果分析表明:采用超音频脉冲TIG焊工艺的焊接接头,随着脉冲电流频率提高,焊缝的粗晶区变窄,晶粒逐渐细化,且焊缝中心细小等轴晶所占区域扩大;与常规直流TIG焊相比,30kHz的超音频直流脉冲TIG焊焊缝中心晶粒更细小,接头的抗拉强度与延伸率分别得到提高.     

基于轧制应力分布的铝合金厚板淬火应力仿真

利用高度非线性软件MSC.Marc,采用弹塑性大变形有限元法对7075铝合金预拉伸厚板在轧制、淬火过程中残余应力的分布进行数值仿真.文中顺次地仿真出轧制-升温-保温-急冷四个过程中产生的残余应力,研究轧制残余应力、升温-保温应力对最终淬火应力的影响.结果表明小压缩量下,整体轧制应力小于淬火应力,轧制应力在升温-保温过程中减小,在急冷过程中急剧增大,最终表现为淬火应力.轧制应力对淬火应力影响很小,淬火应力却彻底改变了原有轧制应力的大小和分布.      

薄板焊缝轨迹图像处理方法研究

针对航空发动机关键部件的薄板对接、搭接焊缝的自动焊接问题,以CCD(Charge coupled device)摄像机直接拍摄为手段提取焊缝轨迹,提出了一种比较通用的算法和思路,包括边缘点的检测和边缘线的提取,并在几个关键环节对其进一步改进.实验表明,此算法具有较强的适应性,也为解决焊缝轨迹提取这一焊接自动化和弧焊机器人的智能化领域的关键技术提供一定的技术参考.     

航空发动机燃烧室安装座相贯线焊缝焊接模拟

针对航空发动机的关键部件之一——燃烧室安装座建立了相贯线焊接的数值分析模型.基于SYSWELD软件的焊接分析功能,运用有限元分析方法研究了燃烧室安装座相贯线焊接时引起的焊接变形,模拟了安装座相贯线焊接时的温度场、应力场、相变以及变形情况.结合整个安装座的实际工作状况对模拟结果进行了分析,同时对相贯线焊接过程中产生的变形从数学上进行了分析和探讨,得到了安装座相贯线焊接模型的变形分布及位置,为实际焊接提供了理论依据,有助于安装座焊接工艺的改进.该分析方法对焊接领域诸多类似问题的处理也有借鉴意义.