爆炸焊接材料具有結(jié)合力強(qiáng)、加工性能好以及成本低等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)防、航空航天、交通運(yùn)輸、造船等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前,對(duì)爆炸焊接材料的研究主要集中在焊接參數(shù)和界面形狀對(duì)焊接質(zhì)量的影響,以及不同金屬焊接界面的抗拉、抗剪切、抗彎曲的能力等方面。對(duì)爆炸焊接材料在高應(yīng)變率加載下的宏觀響應(yīng)研究較少,微觀結(jié)構(gòu)演化過(guò)程也尚不清楚。隨著爆炸焊接材料在國(guó)防和航空航天領(lǐng)域的大量運(yùn)用,其面臨的服役環(huán)境趨于極端惡劣,需要考慮其在高應(yīng)變率加載下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和損傷破壞問(wèn)題,這些問(wèn)題同時(shí)也是材料科學(xué)、物理及力學(xué)領(lǐng)域所關(guān)心的重要科學(xué)問(wèn)題。因此,研究爆炸焊接材料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和變形損傷不僅有重要的科學(xué)意義,而且可以為改善爆炸焊接材料提供可靠的實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。Q235和#45是普通碳鋼,價(jià)格低廉,應(yīng)用廣泛,本文利用爆炸焊接的方法將兩者焊接,利用輕氣炮加載對(duì)焊接樣品進(jìn)行了平板撞擊實(shí)驗(yàn),研究其動(dòng)態(tài)宏觀響應(yīng)和微觀損傷變形特征。主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)歸納如下:(1)利用輕氣炮加載,對(duì)爆炸焊接鋼Q235/#45進(jìn)行了層裂和壓縮實(shí)驗(yàn),通過(guò)多普勒光纖測(cè)速系統(tǒng)(DPS)測(cè)得了樣品的自由面速度,獲得樣品在不同飛片撞擊速度下的Hugoniot彈性極限(HEL)和層裂強(qiáng)度,并將其與基體材料Q235進(jìn)行了對(duì)比,分析了爆炸焊接鋼的損傷變形特征。層裂實(shí)驗(yàn)中,爆炸焊接界面會(huì)阻礙裂紋擴(kuò)展,使其發(fā)生鈍化或偏折,從而減小了裂紋尖端的應(yīng)力集中效應(yīng),使得爆炸焊接材料在高速和低速撞擊下的層裂強(qiáng)度和Hugoniot彈性極限均比Q235的高。在壓縮實(shí)驗(yàn)中,爆炸焊接鋼和基體材料Q235在彈塑性轉(zhuǎn)變過(guò)程中呈現(xiàn)明顯的差異,爆炸焊接鋼的自由面速度緩慢升高,而Q235的自由面速度先在Hugoniot彈性極限附近保持一段時(shí)間之后才快速增加。(2)利用維氏硬度儀、掃描電子顯微鏡(SEM)和電子背散射衍射儀(EBSD),分析了沖擊壓縮后爆炸焊接鋼界面的力學(xué)性能和微觀損傷變形特征。SEM和EBSD表征結(jié)果顯示,受沖擊壓縮后,爆炸焊接界面的細(xì)晶區(qū)產(chǎn)生了大量位錯(cuò),嚴(yán)重變形區(qū)產(chǎn)生了大量的孿晶和亞晶界,使得這些區(qū)域的硬度得到了提升。(3)對(duì)動(dòng)態(tài)拉伸加載下的爆炸焊接鋼進(jìn)行了微損傷特征分析。隨著拉伸應(yīng)力的增加,微損傷首先在界面超細(xì)晶粒處成核,形成小孔洞,隨著小孔洞生長(zhǎng)相互貫通后形成裂紋且沿著波浪狀界面不斷擴(kuò)展,最終導(dǎo)致界面完全裂開(kāi)。由于界面和材料阻抗的差異,使得#45鋼中應(yīng)力拉伸持續(xù)時(shí)間比Q235中的長(zhǎng),從而造成#45鋼中出現(xiàn)了較多的裂紋和孔洞,而Q235一側(cè)幾乎沒(méi)有裂紋產(chǎn)生。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG457.11
【部分圖文】：

他們對(duì)爆炸焊接的鈦銅材料做了拉伸剪切測(cè)試，發(fā)現(xiàn)損傷和變生在銅材料一側(cè)而不在結(jié)合面處。Acarerand 等[8]對(duì)爆炸焊接的復(fù)合鋼板進(jìn)研究，發(fā)現(xiàn)直線結(jié)合與波浪狀結(jié)合界面在拉伸剪切和彎曲測(cè)試中具有相同度。在爆炸焊接的鋁銅材料中，Gulenc 等[9]對(duì)不同爆炸速率下的材料進(jìn)行了°的彎曲測(cè)試，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)界面分離、斷裂的現(xiàn)象，并且發(fā)現(xiàn)，隨著爆炸速率的，材料的硬度也隨之增大。陳祥寶[10]等對(duì)疊層材料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)外來(lái)物擊對(duì)復(fù)合材料層合板的性能會(huì)產(chǎn)生影響，低速?zèng)_擊會(huì)造成層板開(kāi)裂和分層傷。杜麗等[11]利用落錘式試驗(yàn)機(jī)對(duì)鋁-鋁爆炸焊接材料的界面特征及低速?zèng)_(<10 m/s)的損傷特征進(jìn)行了研究，隨著沖擊能量的增大，樣品的損傷逐漸嚴(yán)在應(yīng)力波的作用下缺陷發(fā)生連貫導(dǎo)致基體出現(xiàn)了開(kāi)裂和分層等損傷。這些主要是研究爆炸焊接過(guò)程中飛板的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、射流的形成、焊接參數(shù)、界狀對(duì)焊接質(zhì)量的影響、不同金屬?gòu)?fù)合界面的抗拉、抗剪切、抗彎曲和抗腐能力以及低速?zèng)_擊下爆炸焊接材料的變形損傷，但是鮮有關(guān)于爆炸焊接復(fù)材料在高應(yīng)變率加載下力學(xué)響應(yīng)的研究。

在平板撞擊實(shí)驗(yàn)中得出，層裂強(qiáng)度的大小和應(yīng)力拉伸持續(xù)非瞬時(shí)的，而與載荷的歷史相關(guān)。著人們對(duì)層裂研究的深入，樣品的純度、微觀組織和微觀結(jié)構(gòu)材料斷裂強(qiáng)度的影響成為了動(dòng)態(tài)拉伸斷裂領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[27-29]究人員利用氣炮進(jìn)行平板撞擊實(shí)驗(yàn)，將回收后的樣品 10100 銅，發(fā)現(xiàn)孔洞成核對(duì)樣品層裂的最終孔洞分布起到了重要作用，差異性，不同純度的兩種 10100 銅的層裂強(qiáng)度有著很大的差度相差 50%左右。Grady 等[31]認(rèn)為，材料微結(jié)構(gòu)具有的差異性和長(zhǎng)大，損傷的演化過(guò)程是加載方向和應(yīng)力狀態(tài)的函數(shù)。Ch不同的鋁進(jìn)行了層裂實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在峰值應(yīng)力 4 G材料的層裂強(qiáng)度受到了微結(jié)構(gòu)的影響，但是在峰值應(yīng)力為 22下，材料的微結(jié)構(gòu)對(duì)層裂的影響將減小。作者認(rèn)為，這是因?yàn)檫^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生新的微結(jié)構(gòu)，材料的初始微結(jié)構(gòu)之間的差異會(huì)被。

第 2 章 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與方法2.1 爆炸焊接2.1.1 爆炸焊接原理由于爆炸焊接具有能夠?qū)崿F(xiàn)普通加工難以實(shí)現(xiàn)的焊接連接，且復(fù)合板耐腐蝕性高、結(jié)合力強(qiáng)、再加工性能好以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，使得爆炸焊接復(fù)合材料具有很高的應(yīng)用價(jià)值。常見(jiàn)的爆炸焊接裝置裝配分為平行安裝和傾斜安裝，本次實(shí)驗(yàn)中所使用的樣品是利用平行安裝的爆炸焊接方法得到，爆炸焊接的裝置圖和焊接過(guò)程圖如圖 2-1 所示：
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本文編號(hào)：2870167