钛合金线性摩擦焊残余应力测试

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1、RESEARCH学术论文钛合金线性摩擦焊残余应力测试ResidualStressTestofLinearFrictionWeldingofTitanium—Alloy北京航空制造工程研究所李晶张田仓孙成彬【摘要】采用X射线衍射法对钛合金线性摩擦焊试件的表面残余应力进行了测试。结果表明线性摩擦焊焊缝中心x、Y两个方向均为拉应力，y向应力值明显大于x向，焊缝热影响区为压应力，由焊缝向外应力逐渐趋向于0。经真空热处理后，试件各区域应力值都有不同程度的降低。从整体来看，热处理后试件表面残余应力趋于均匀化。关键词：X射线衍射法残余应力钛合金IABSTRACTJX-raydiffrac

2、tionapproachisusedtotesttheresidualstressofthesurfaceofthelinearfrictionweldingoftitanium-alloy．ItisprovedthattheresidualstressinXandYdirectioninthecenteroftheweldingistensionstress，andthestressinYdirectionisobviouslystrongerthanthatinXdirection．Thestressintheheataffectszoneoftheweldingisc

3、ompressivestress，andthevalueofstresstendstozerofromthecenteroftheweldingtotheoutzone．Thestressvaluesdecreasetovaryingdegreesinallregionsofspecimenaftervacuumheattreatment．Overall，theresidualstressofthesurfacetendstouniformityafterheattreatment．Keywords：X-raydiffractionapproachResidualstres

4、sTitanium-ahoy线性摩擦焊是一种利用被焊材料之间的摩擦热作为热源的固相连接方法。焊接时，待焊试件之一在液压缸的驱动下作线性往复运动，另一试件水平移动向其靠近，二者接触摩擦产生热量，水平方向施加压力完成焊接【l也】。线性摩擦焊以其独特的优势成为钛合金材料的优选焊接方法，更是异种材料的最佳焊接方法。国外对于线性摩擦焊T艺和模拟方面的报道较多，有关残余应力测试的报道较少【3l。线性摩擦焊在国内的发展刚刚起步，研究多处于-T艺试验阶段，关于线性摩擦焊的报道较少，未见有关线性摩擦焊残余应力测试的资料。本课题利用x射线对异种钛合金线性摩擦焊试件热处理前后试件表面的残余应力进

5、行了测试，对热处理对线性摩擦焊试件残余应力的影响进行了分析。1残余应力的X射线测试金属材料是由一定点阵排列组成的晶体结构，晶体内某一取向的晶面间距是一定的，当金属受到力的作用时就会发生应变，晶粒中各晶面的间距也随之发生变化。若能测量出自由状态(无应力状态)下的晶面间距与在某一应力作用下的晶面间距的差值，就能计算出作用应力的大小。选用波长为A的X射线入射到晶格中的原子上，当相临2原子面x射线光程差为波长且的整数倍，即满足布拉格方程时，2dsinO=n2，(1)式中，n为衍射阶数，l，2，3⋯；A为X射线波长；d为晶格间距。X射线在穿透金属表面时发生衍射，如图1所示。根据x射线

6、衍射测出0(对应于最强的射线强度)，得到晶面间距d变化，由d的变化计算出材料的残余应力141。图1X射线测量原理Fig．1PrincipleofX—raytesting2试验本课题中的试验材料为TCll和TCl7钛合金，试件尺寸为130mmX100mm×20rnm，如图2(a)所示，选用适当的线性摩擦焊工艺参数进行焊接。应力测试前，采用化铣的方法去掉由于线切割而在试件表面产生的2010年第11期·航空制造技术89图2测试用线性犀擦焊试件及测试点分布Fig．2Linearfrictionweldingspecimenfortestanddistributionoftestin

7、gspots附加应力层0．2ram【5】。本课题所使用的x射线衍射仪为日本理学公司生产的MSF-2MX射线应力仪，由于x射线能够测量的金属层深度仅为微米级，所以本课题所测应力为试件表面残余应力。在残余应力的测试中，测试点的选取沿着试件中心线从TCl7一侧到TCIl一侧，横跨焊缝。应力方向选取垂直于焊缝方向为x向，平行于焊缝方向为y向，如图2(b)所示。试件的热处理选用真空热处理，热处理工艺分别为620％下2．5h和590℃下3．5h。3试验结果分析TCI1、TCl7异种钛合金线性摩擦焊试件在不同工艺条件下的残余应力