大厚度钛合金结构电子束焊接制造基础研究

电子束焊接是国家重大装备建设中钛合金结构制造的先进方法。目前国内外有关大厚度钛合金电子束焊接接头性能调控原理与方法及结构完整性评价的基础理论和方法尚不完善。本项目通过对大厚度电子束焊焊缝几何特征和接头组织和力学性能不均匀性的研究，提出焊缝几何特征表征参量和不均匀性表征因子；通过对接头损伤、断裂和疲劳的实验和理论研究，提出大厚度钛合金电子束焊接接头的失效机理；通过对焊接应力变形的理论和数值模拟研究，提出大厚度钛合金电子束焊接接头残余应力形成的机理；在上述研究的基础上，设计大厚度钛合金电子束焊接结构完整性评价体系。预期的研究成果为大厚度钛合金电子束焊接接头性能定量调控理论与工艺方法和有自主知识产权的大厚度钛合金电子束焊接结构强度、断裂和疲劳完整性评价的方法和指南。研究成果对我国大厚度钛合金结构的焊接制造和评价有重要的理论和实际意义，项目研究方法也可为其它材料焊接结构完整性研究所借鉴。

本项目针对大厚度钛合金电子束焊接接头，构建了其力学不均匀因子—几何特征参量—组织特征参量—工艺参量间的相互关系，开发了性能优化调控方法，有效提升了接头力学性能及其均匀性。. 在数值分析和测量方法研究的基础上，获取了大厚度钛合金电子束焊接接头残余应力分布规律，解析了其形成机理，掌握了不同热处理规范和铣削规范下钛合金电子束焊接接头残余应力状态变化规律，证实了在现行规范下焊接区域的残余应力对接头完整性及其结构服役性能的影响可以忽略不计。. 研究了大厚度钛合金电子束焊接接头的塑性损伤与断裂机理，构建了表征TC4-DT钛合金损伤演变的本构方程，揭示了接头塑性损伤演变规律；研究了钛合金电子束焊接接头疲劳损伤机理，揭示了动态载荷作用下微裂纹的萌生、长大与聚合的规律，揭示了TC4-DT钛合金电子束焊接接头的疲劳裂纹萌生寿命在疲劳总寿命中起主导作用、决定了焊接接头及结构疲劳服役寿命的特殊规律。. 获得了具有自主知识产权的针对大厚度钛合金电子束焊接结构完整性评价方法，编制了评定指南，推荐以“适用性”原则指导优化设计—正确选材—合理制造，并以正在服役的飞机典型结构元件为例，进行了断裂和疲劳评定，验证了指南中采用“适用性”原则对大厚度钛合金电子束焊接结构安全服役评定的有效性和合理性。