基于數字圖像相關的鋁合金激光焊接彈塑性本構參數的反演分析.pdf

1、激光焊接技術實現(xiàn)了結構設計與材料組合的多樣化，提高了多個領域內的生產制造水平。然而，焊接熱效應退化了局部的材料性質，使焊縫處的整體強度低于母材，給結構性能的評估帶來了困難。本文通過對激光焊接接頭的顯微觀察、硬度測量和單軸拉伸等實驗，研究了焊縫融合區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū)的顯微組織演變、硬度和彈塑性本構參數的變化趨勢，討論了焊接功率變化對三者的影響。
　　首先，利用實驗測得的力學量來推算材料力學行為的初始物理參數值，闡述了本構參數反演識

2、別法的基本原理。將Ramberg-Osgood模型選作鋁合金參數反演的本構模型，推導了最小二乘擬合原理的擬牛頓迭代方法。利用鋁合金標準件拉伸實驗的載荷數據和數字圖像相關技術測量得到的應變數據，建立起全場應力-應變關系。反演識別出Ramberg-Osgood模型中的本構參數分別為彈性模量 E=43.42GPa、屈服應力σ0=121.52MPa、強度系數α=0.26和硬化指數n=17.81。
　　其次，對鋁合金6061激光對接焊接件進

3、行了顯微觀察與硬度測量。發(fā)現(xiàn)母材處有較多的基體Al和第二相Mg2Si，焊縫區(qū)有較多的樹枝狀Al-Si共晶體與一些等軸晶，在融合線處絕大多數為柱狀晶；當焊接功率增大時，融合線處的柱狀晶增多。整體硬度分布呈現(xiàn)明顯的“W”形分布，母材處的硬度值最高，熔合區(qū)次之，熱影響區(qū)的硬度最??；熔合區(qū)的硬度值下降20%左右；熱影響區(qū)的硬度值下降30%左右。當激光焊接功率為2400W時，熱影響區(qū)的范圍為0.75mm左右，熔合區(qū)的范圍為1mm左右。當焊接功率增

4、大時，整體硬度值影響不大，而熱影響區(qū)的范圍稍有增大。
　　最后，對1900W、2400W和2900W三種焊接功率下鋁合金6061激光對接焊接件進行了單軸拉伸實驗和全場應變光學測量。采用最小二乘擬合原理反演識別出穿過焊縫的12個子區(qū)Ramberg-Osgood本構模型參數。分析結果顯示：三種焊接功率下的彈性模量和屈服應力均呈“w”形分布，與母材相比，熔合區(qū)和熱影響區(qū)的彈性模量、屈服應力和硬化指數的值均有所下降，熔合區(qū)和熱影響區(qū)的強度