鋁合金攪拌摩擦焊搭接焊縫組織特征與疲勞斷裂行為研究.pdf

1、本文以2024-T4、6061－T6和5A06-H112三種鋁合金為研究對象，對攪拌摩擦焊(FSW)搭接接頭的組織特征及疲勞斷裂行為進(jìn)行了詳細(xì)的研究。首先對搭接接頭微觀組織和硬度分布進(jìn)行了試驗(yàn)研究，重點(diǎn)分析了搭接接頭中存在的鉤狀缺陷，探討了鉤狀缺陷對搭接接頭疲勞性能的影響；其次針對這三種鋁合金進(jìn)行了一系列疲勞試驗(yàn)研究，將鋁合金FSW搭接接頭與國際焊接學(xué)會(IIW)推薦規(guī)范中的鋁合金熔焊接頭進(jìn)行了疲勞性能對比，同時(shí)分析了應(yīng)力比R、焊接規(guī)范

2、(單道、雙道)和材料類別對鋁合金FSW搭接接頭疲勞性能的影響；最后對疲勞斷口進(jìn)行掃描電鏡分析，研究搭接接頭疲勞斷裂機(jī)理。
　　 金相組織分析表明，鋁合金FSW搭接接頭兩板重合區(qū)域末端存在兩個(gè)類似缺口的未連接區(qū)域，即鉤狀缺陷，這是與FSW對接接頭不同的一個(gè)顯著特征。鉤狀缺陷是一種不利的界面偏移，造成界面線的不連續(xù)并且其尖端引起較大的應(yīng)力集中。同時(shí)鉤狀界面線進(jìn)入搭接接頭上板將使接頭EST明顯降低，而對于鋁合金而言，接頭EST越大，疲

3、勞強(qiáng)度越高。因此鉤狀缺陷引起搭接接頭上板變薄會降低其疲勞性能。本試驗(yàn)中所有疲勞試件全部從接頭上板承載側(cè)鉤狀缺陷位置處起裂，隨后向NZ擴(kuò)展直至最終斷裂。整體來看，雙道焊與單道焊相比并沒有有效改善鉤狀缺陷的偏移程度和接頭的疲勞性能。
　　 疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明，鋁合金FSW搭接接頭的疲勞強(qiáng)度明顯低于IIW規(guī)范中熔焊搭接接頭FAT22的疲勞強(qiáng)度，與FAT12疲勞強(qiáng)度近似相當(dāng)。2024鋁合金FSW搭接接頭在R=0.1時(shí)疲勞極限特征值△σk最

4、大可到20.04MPa，僅在R=0.3時(shí)為8.32MPa，其余均比FAT12設(shè)計(jì)值高；6061鋁合金FSW搭接接頭疲勞極限特征值在10.65MPa<△σk<15.27MPa之間；而5A06鋁合金FSW搭接接頭△σk為7.18MPa，疲勞性能整體較差。同時(shí)當(dāng)應(yīng)力比R升高時(shí)，鋁合金FSW搭接接頭疲勞壽命將會降低。在低應(yīng)力區(qū)，材料類別對接頭疲勞性能影響很小或者可以忽略；但在高應(yīng)力區(qū)，抗拉強(qiáng)度較高的2024鋁合金FSW搭接接頭比塑性較好的606