Al2O3陶瓷和可伐合金残余应力测量研究

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本文依托于中国工程物理研究院“Al2O3陶瓷与可伐合金钎焊接头残余应力实验与数值模拟研究”项目。在国防工业中,关键构件使用陶瓷和可伐钎焊是新型及特殊的焊接方式,目前其焊缝处的应力分布尚不清楚,其焊接质量直接影响着结构的使用寿命。对于研究可伐合金与陶瓷钎焊接头残余应力特征、影响因素、工艺优化措施、保证钎焊焊接质量、保证运行安全和寿命均是重要的研究课题。本文围绕Al2O3陶瓷与可伐合金钎焊的问题,展开了一系列关于残余应力测量及评价的研究。  本研究面临四大难点:(1)可伐合金与Al2O3陶瓷衍射特性未知;(2)可伐合金和陶瓷的应力常数K未知;(3)材料的弹性模量和泊松比未知,阻碍了标定实验的进行,并且缺少成熟的试验平台;(4)对接钎焊焊缝狭窄,应力梯度大,仪器测试难度大。  本研究应用X射线衍射法、电测法及理论分析,探索得到了Al2O3陶瓷与可伐合金的衍射特性,标定出两种材料的应力常数K,实验证明了不同角度的衍射峰测量残余应力的准确性,填补了应力常数K的数据库空白。在此基础上,建立了理学-等强梁、Proto-四点弯曲两套仪器的实验体系,解决了应力常数K和弹性常数S2/2相互转化的通用性问题。在工程应用方面,给出了Al2O3陶瓷与可伐合金钎焊接头残余应力分布规律,为新型钎焊工艺的残余应力测试与评价提供了实验依据。  论文的主要成果及创新点如下:  (1)探索得到了陶瓷及可伐合金的衍射特性,分别给出了两种材料的衍射峰的位置及相应应力常数K值,解决了两种材料能否测试、如何测试以及可否准确测量三大的问题。并给出了工程应用中优先使用测试条件的指导性建议。  (2)得到了Al2O3陶瓷与可伐合金钎焊接头残余应力分布规律。定量给出了两种材料经过焊接后残余应力峰值的位置、峰值应力水平、应力状态及应力分布、焊接影响范围等关键数据。
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