钛合金线性摩擦焊接头的疲劳性能研究开题报告

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1、北京航空航天大学毕业设计（论文）开题报告第1页单位代码学号10071136分类号毕业设计（论文）开题报告钛合金线性摩擦焊接头的疲劳性能研究学院名称机械工程就自动化学院专业名称材料成型与控制专业学生姓名韩钊指导教师张彦华2015年3月13日北京航空航天大学毕业设计（论文）开题报告目录1.选题背景及意义11.1.钛及钛合金的性能特点及应用11.2.钛合金焊接难点及常用焊接技术11.3.线性摩擦焊技术22.国内外研究现状32.1.线性摩擦焊的试验研究32.2.线性摩擦焊的数值模拟42.3.线性摩擦焊应用现状42.4.研究

2、中存在的问题53.研究方案53.1.研究目标53.2.研究内容54.工作计划6参考文献7北京航空航天大学毕业设计（论文）开题报告第7页1.选题背景及意义1.1.钛及钛合金的性能特点及应用钛是50年代以后登上世界工业舞台的新兴金属，具有储氢、超导、耐蚀、重量轻、超弹和高阻尼等特点，是新型的功能材料和重要的生物材料。从工业价值、资源寿命和发展前景看，它是继铁、铝之后，被誉为正在崛起的“第三金属”。钛合金主要用于大型民航客机、军用飞机、航天火箭、导弹、舰船、装甲火炮、电力、化工、汽车等领域。其典型产品为飞机结构件、钛制动

3、机件、压气机叶片和基座、水翼、螺旋桨等。其民用钛制品遍及化工、石化、建筑、冶金、医疗、交通、体育、电子产品、炊具各个门类。航空工业是金属钛的主要消费部门。据国外有权威的机构估计，现在全球的金属钛年产量在5～6万吨之间。民用航空工业的用钛量占40％，工业应用占34％，军事工业占16％，日常消费品的用钛量占10％。据统计，钛在航空航天中的应用约占钛总产量的70％左右，主要用于军用飞机、民用飞机、航空发动机、航天器、人造卫星壳体连结座等。飞机越先进，使用钛越多，如美国F22四代机用钛量为41%，其F119发动机用钛量为3

4、9%，是目前用钛量最高的飞机。钛合金研究起源于航空，航空工业的发展促进了钛合金的发展，航空用钛合金也形成了自己的体系。随着产业结构的变化和科学技术的发展，先进的焊接结构是降低材料消耗、减轻结构质量的有效途径，各种焊接技术将有着广阔的应用前景。近年来，钛合金焊接结构应用的不断扩大，快速发展，尤其是航空航天技术的进步和发展，对钛合金的性能和结构制造工艺提出了越来越高的要求。1.2.钛合金焊接难点及常用焊接技术钛合金焊接有以下难点：(1)气体及杂质污染对焊接性能的影响。在常温下，钛及钛合金是比较稳定的。试验表时，在焊接过

5、程中，液态熔滴和熔池金属具有强烈吸收氢、氧、氮的作用，而且在固态下，这些气体已与其发生作用。随着温度的升高，钛及钛合金吸收北京航空航天大学毕业设计（论文）开题报告第7页氢、氧、氮的能力也随之明显上升，大约在250℃左右开始吸收氢，从400℃开始吸收氧，从600℃开始吸收氮，这些气体被吸收后，将会直接引起焊接接头脆化，是影响焊接质量的极为重要的因素(1)钛及钛合金焊按时，热影响区可出现冷裂纹，其特征是裂纹产生在焊后数小时甚至更长时间称作延迟裂纹。经研究表明这种裂纹与焊接过程中氢弹的扩散有关。焊接过程中氢由高温深池向较

6、低温的热影响区扩散，氢含量的提高使该区析出TiH2量增加，增大热影响区脆性，另外由于氢化物析出时体积膨胀引起较大的组织应力，再加上氢原子向该区的高应力部位扩散及聚集，以致形成裂纹。(2)钛及钛合金焊接时，气孔是经常碰到的问题。形成气孔的根本原因是由于氢影响的结果。焊缝金属形成气孔主要影响到接头的疲劳强度。防止产生气孔的工艺措施主要有：（1）、保护氖气要纯，纯度应不低于99.99%（2）、彻底清除焊件表面、焊丝表面上的氧化皮油污等有机物。（3）、对熔池施以良好的气体保护，控制好氩气的流量及流速，防止产生紊流现象，影响

7、保护效果。（4）、正确选择焊接工艺参数，增加深池停留时间使用权于气泡逸出，可有效地减少气孔。目前，生产中常用熔焊的方法来焊接铝合金材料。钨惰性气体（TIG）焊接，是用于钛和钛合金最常用的焊接方法。1.1.线性摩擦焊技术近年来，很多科技工作者开始探讨钛合金焊接的新方法：线性摩擦焊技术。主要原因是在于航空领域对于整体叶盘的需求。线性摩擦焊在制作非对称几形状部件的摩擦焊接连接时很有用。一个部件在正常传递平面力作用下在直线上来回震荡，在惯性焊接情况下，这种振幅运动的耦合压力足以产生热量软化金属，使原材料表面产生火花，完成清

8、洁，高紧固的连接。应用该技术的优势在于节约了制造近净成形部件的成本和改善了气垫片的特性，这是由于叶片在连接前能单独进行锻造和热处理。线性摩擦焊可以很大程度上减小消耗、提高利用率、减小成本。北京航空航天大学毕业设计（论文）开题报告第7页1.国内外研究现状受制于线性摩擦焊机造价昂贵，目前国内外开展的有关线性摩擦焊的研究较少。开展线性摩擦焊研究工作的主要有英国曼彻