【摘 要】
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碳纤维增强热固性复合材料(CFRTS)和TC4钛合金具有较高的比强度和比刚性,轻量化效果十分明显,在航空航天、新能源汽车制造中应用广泛.为实现CFRTS与TC4钛合金的高强度连接,引入“激光清洗+树脂填充”的界面复合调控工艺.在CFRTS和TC4钛合金激光焊接之前,首先,采用脉冲光纤激光器对CFRTS表面进行激光清洗处理,去除表层的环氧树脂,使CFRTS中的碳纤维裸露出来;其次,利用脉冲光纤激光器对钛合金表面进行微织构处理,提升焊接时熔融树脂与TC4钛合金的接触面积并形成“咬合”结构;最后,在清洗后的CF
【机 构】
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太原科技大学 材料科学与工程学院,太原 030024;中国科学院宁波材料技术与工程研究所,宁波 315201;中国科学院宁波材料技术与工程研究所,宁波 315201;扬州大学 机械工程学院,扬州 22
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碳纤维增强热固性复合材料(CFRTS)和TC4钛合金具有较高的比强度和比刚性,轻量化效果十分明显,在航空航天、新能源汽车制造中应用广泛.为实现CFRTS与TC4钛合金的高强度连接,引入“激光清洗+树脂填充”的界面复合调控工艺.在CFRTS和TC4钛合金激光焊接之前,首先,采用脉冲光纤激光器对CFRTS表面进行激光清洗处理,去除表层的环氧树脂,使CFRTS中的碳纤维裸露出来;其次,利用脉冲光纤激光器对钛合金表面进行微织构处理,提升焊接时熔融树脂与TC4钛合金的接触面积并形成“咬合”结构;最后,在清洗后的CFRTS和钛合金接触面之间添加合适厚度的聚酰胺(PA)树脂,进行激光辅助焊接.研究了激光清洗工艺对接头连接强度的影响,对比分析了不同激光清洗工艺参数下CFRTS的表面形貌、PA树脂填充情况、接头断口形貌,结果表明,激光清洗CFRTS可以显著增强CFRTS-TC4钛合金接头的强度,最大拉伸强度可达23.77 MPa.
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为了表征高温合金线性摩擦焊接头疲劳服役环境下疲劳裂纹的萌生及扩展行为,揭示裂纹扩展对接头失效的影响机制,基于有限元法研究高温合金线性摩擦焊接头疲劳裂纹扩展的行为及其重要影响因素.以接头失效内因(孔洞、硬质夹杂、残余应力)为研究对象,建立不同几何和位置特征的含有初始孔洞及夹杂的疲劳接头有限元模型,研究不同特征下疲劳接头裂纹萌生及扩展的先后顺序,划分裂纹扩展重要因素等级.结果表明:含有初始孔洞及夹杂的疲劳接头裂纹萌生于孔洞及夹杂所在位置,初始夹杂接头试样裂纹均以“绕过”方式扩展,初始孔洞接头试样裂纹均以“横穿
涡流搅拌摩擦焊(VFSW)是一项新近提出的改型工艺,其利用与工件材料同材质的棒材和外加的支撑套筒作为搅拌工具进行搅拌摩擦焊接,有望在高熔点金属的固相连接、焊接修复等领域取得工程应用.研究了转速对6061铝合金涡流搅拌摩擦焊焊缝成形和接头力学性能的影响规律.试验结果表明,在30 mm/min的焊接速度下,当转速较低时焊缝背部出现弱连接,接头强度较低;当转速较高时因工件和搅拌工具之间的界面打滑而难以形成有效的涡流式材料流动,导致焊缝无法有效成形,出现表面线状缺陷;在400～800 r/min的转速范围内,可获
以高温钛合金和自共晶镍硅合金为母材,使用额外添加硼元素的Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料进行钎焊连接,针对硼元素含量和钎焊对接头界面结构和力学性能的影响进行探究.通过对Ni-25at％Si/Ti-Zr-Ni-Cu+B非晶钎料/Ti600接头的界面组织结构进行优化实现钎焊结构性能的提升,获得质量良好的钎焊接头.研究结果表明,通过引入硼元素可调控钎焊过程,继而获得TiB晶须,这种晶须能对Ti2 Ni层产生复合强化的作用,进而使接头高温钛合金侧界面的残余应力明显下降,减缓接头开裂的速度,同时结合拔出强化方式对裂纹
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采用无硼BNi71CrSi钎料实现了Hastelloy N合金的高质量真空钎焊连接.通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对不同钎焊温度和保温时间下获得接头的微观组织及成分进行了分析.结果表明:Hastelloy N合金接头组成为:母材/扩散区/等温凝固区/非等温凝固区/等温凝固区/扩散区/母材.非等温凝固区主要由γ-Ni固溶体、Ni2 Si和M6 C组成(M=Ni,Mo,Si,Cr);等温凝固区主要组成为γ-Ni固溶体;母材与等温凝固区之间的扩散区中基体为Ni基固溶体,析出相为M6 C.随着钎焊
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