攪拌摩擦焊對接接頭疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)及模擬研究.pdf

1、攪拌摩擦焊(FSW)作為一種固相連接技術(shù)，在鋁合金等輕型合金連接領(lǐng)域比起傳統(tǒng)的熔焊技術(shù)具有很大的優(yōu)勢。目前國內(nèi)外許多學(xué)者已對FSW技術(shù)進(jìn)行了多方面的研究，比如焊接工藝、焊接缺陷、顯微組織等，但是對其接頭的疲勞性能及疲勞裂紋擴(kuò)展速率的研究相對較少，由于焊接接頭疲勞過程隨機(jī)因素影響顯著，其各種材料及條件下疲勞數(shù)據(jù)的積累十分重要。
　　 本文通過高頻疲勞試驗(yàn)，對航空鋁合金7075-T6鋁合金FSW接頭預(yù)制裂紋穿焊縫中心、前進(jìn)邊、后退邊

2、和母材四種形式試樣的疲勞裂紋擴(kuò)展速率進(jìn)行了研究。其中焊縫中心試樣和母材試樣還分別進(jìn)行了高低循環(huán)應(yīng)力比的疲勞試驗(yàn)，即R=0.1和R=0.5。還通過金相組織觀察試驗(yàn)、維氏硬度試驗(yàn)和疲勞斷口SEM分析試驗(yàn)進(jìn)一步的了解接頭的疲勞性能。
　　 金相試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：FSW接頭由焊核區(qū)、熱機(jī)影響區(qū)和熱影響區(qū)組成，其中焊核區(qū)由細(xì)小等軸晶組成，熱機(jī)影響區(qū)的晶粒受到攪拌作用被拉長，而熱影響區(qū)晶粒因?yàn)闊嶙饔寐杂虚L大。硬度試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：7075-T6鋁合金FSW

3、接頭的硬度分布呈“W”形，焊核區(qū)的硬度值僅低于母材，前進(jìn)邊熱影響區(qū)的硬度值最低，而且硬度分布與其微觀組織的變化相對應(yīng)。疲勞斷口的電鏡觀察發(fā)現(xiàn)：焊縫中心的疲勞斷口較平整，斷裂形式主要是沿晶斷裂，而前進(jìn)邊和后退邊在裂紋擴(kuò)展后期以穿晶斷裂為主；母材的疲勞斷口比接頭的清晰。焊縫中心區(qū)的疲勞斷口能觀察到少量疲勞輝紋，而在前進(jìn)邊和后退邊都有大量的疲勞輝紋；母材的斷口中的疲勞輝紋更加連續(xù)、整齊。
　　 對7075-T6鋁合金FSW接頭不同區(qū)域

4、的疲勞裂紋擴(kuò)展速率進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)：在低△K區(qū)，后退邊疲勞裂紋擴(kuò)展速率最慢，前進(jìn)邊的最快；到了高△K區(qū)，前進(jìn)邊的疲勞裂紋擴(kuò)展速率最慢，焊縫中心的最快。在R=0.1和R=0.5兩種情況下，母材的疲勞裂紋擴(kuò)展速率剛開始都比焊縫中心的快，但隨著△K的增長，母材的速率逐漸減小，而焊縫中心的升高，直至二者相等。母材和接頭焊縫中心的疲勞裂紋擴(kuò)展速率都在高應(yīng)力比時(shí)比較快。
　　 應(yīng)用AFGROW軟件模擬的FSW接頭各個(gè)不同區(qū)域和母材試樣的疲勞裂紋