2024-T4铝合金FSW接头疲劳裂纹扩展行为及寿命预测

基于ABAQUS与FRANC 3D联合仿真的方法,对2024-T4铝合金搅拌摩擦焊接头预制裂纹于不同部位的紧凑拉伸试样进行裂纹扩展分析以及寿命预测,并深入分析不同部位裂纹扩展行为存在差异性的原因.结果表明,随着裂纹长度的不断延长,裂纹尖端应力强度因子随之增大,且裂纹向前扩展路径基本沿直线扩展,ABAQUS与FRANC 3D联合仿真方法分析不同部位的裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展路径的理论计算和试验结果基本吻合,验证了分区域进行联合仿真的模型精度满足要求.不同部位裂纹扩展试样寿命预测结果与试验结果的相对误差均在5%左右,对焊接接头分区域联合仿真进行寿命预测是准确可行的.裂纹位于不同部位的扩展试样断口处的疲劳辉纹间距不同导致预制裂纹于3个部位的疲劳寿命由低到高为：热影响区、垂直于焊缝方向、焊核区.     

基于计算机技术镁/铝合金FSW接头寿命预测

采用不同的摩擦头搅拌速度、焊接速度和单位长度上的旋转次数进行AZ91D镁合金和6061铝合金的搅拌摩擦焊,获得表征焊接接头寿命的指标数据；并将其作为计算机预测模型的训练样本和验证样本,构建了两种预测模型进行试验.结果表明,3×12×2三层结构模型的训练误差过大无法满足试验要求,3×12×8×2四层结构预测模型的训练误差和预测误差均较小,预测精度较高,具有较大的实用价值.     

2219-T4铝合金双轴肩FSW与常规FSW接头性能对比研究

对常规搅拌摩擦焊和双轴肩搅拌摩擦焊技术进行了比较,试验材料为6 mm厚2219-T4铝合金.对两种焊缝的微观结构、显微硬度和力学性能进行了测试.结果表明双轴肩焊缝的宏观形貌与常规搅拌摩擦焊焊缝的不同,呈哑铃型.且由于双轴肩焊接的热输入量较高,其接头的显微硬度和力学性能普遍低于常规搅拌摩擦焊接头.双轴肩搅拌摩擦焊接头的抗拉强度可达到常规搅拌摩擦焊接头的90%.     

2219铝合金FSW接头低温力学性能研究

2219铝合金广泛应用于运载火箭推进剂贮箱中,但其气孔敏感性较强,而搅拌摩擦焊是固相连接技术,不仅可以降低2219铝合金的气孔敏感性,还可以提高其焊接接头强度系数,是适合于2219铝合金的焊接工艺。分析-183℃、-120℃下2219铝合金母材和FSW接头的力学性能和断口,并与室温下的力学性能和断口进行对比。结果表明:2219铝合金母材和FSW接头的低温力学性能优于室温。     

厚板铝合金FSW和MIG焊接接头疲劳性能

对厚度10 mm的6082-T6铝合金搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊接接头的疲劳强度进行了试验研究,并与6082-T6母材疲劳性能进行了对比分析.结果表明,6082-T6母材的疲劳S-N曲线最高、MIG焊接接头S-N曲线度最低,而FSW接头的疲劳S-N曲线近似位于两者之间;在高应力区FSW疲劳强度低于MIG焊接接头、而在低应力区高于MIG焊接接头.大部分FSW试样疲劳裂纹启始于焊缝根部的"弱连接"缺陷,采用机械加工去掉1.4 mm厚度焊缝根部材料后,FSW疲劳强度明显提高并接近母材数据.厚板6082-T6铝合金FSW焊缝根部质量控制是影响疲劳性能的关键因素.     

对接焊接接头的疲劳寿命预测

本文在Ｄ３６钢对接焊接接头的低周疲劳试验的基础上，利用Ｍａｎｓｏｎ－Ｃｏｆｆｉｎ定律对试验数据进行了分析处理，得出了焊接接头应变与疲劳寿命之间的关系，利用这一关系可以对任意应变下焊接接头的疲劳寿命进行预测。同时结合对疲劳断口显微分析，讨论了焊接接头疲劳寿命的影响因素。     

焊接对接接头疲劳寿命的预测

在Ｄ３６钢焊接对接接头的低周疲劳试验的基础上，利用Ｍａｎｓｏｎ－Ｃｏｆｆｉｎ定律对试验数据进行了分析处理，得出了焊接接头应变与疲劳寿命之间的关系。利用这一关系可以对任意应变下焊接接头的疲劳寿命进行预测。同时，对焊接接头疲劳寿命的影响因素进行。     

隧道型缺陷对6082-T6铝合金FSW焊接接头力学性能和疲劳性能的影响

采用单轴肩搅拌摩擦焊对6082-T6铝合金型材进行焊接,通过拉伸、弯曲、硬度、疲劳试验和金相分析等,对6082-T6铝合金焊接接头的组织、力学性能和疲劳性能进行分析研究。结果表明：0.1 mm隧道型缺陷接头的拉伸性能和弯曲性能优于4.4 mm隧道型缺陷接头的;从硬度测试结果来看,不同隧道尺寸对焊接接头的硬度影响较小,但热影响区均有软化现象;疲劳试验显示,在相同应力水平,4.4 mm的隧道型缺陷接头的疲劳性能较差;依据金相来确定2种隧道型缺陷的尺寸。     

不同接头形式6061-T6铝合金搅拌摩擦焊界面迁移特点及性能差异

试验研究了不同接头形式对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接接头成形及力学性能的影响,分析了接头成形及力学性能差异产生的原因.研究结果表明:其他焊接条件一定时,对接接头与搭接接头宏观形貌均呈"U"形,对接接头焊核区垂直方向上存在"S"线,底部存在轻微弱结合缺陷;搭接接头焊核区内部存在较为严重的冷搭接缺陷及Hook缺陷.两种...     

2219铝合金FSW接头残余应力分布特点

采用压痕应变法测量2219-T87高强铝合金FSW试板与筒体结构上典型位置的残余应力. 结果表明,在试板上接头残余应力呈不对称分布,焊缝上的纵向残余应力数值高于横向残余应力,纵向应力的最大拉应力出现在焊缝中心位置,最大压应力出现在后退侧轴肩外侧,横向残余应力的最大压应力出现在前进侧轴肩边缘;筒体结构的环缝上,纵向残余应力呈较大拉应力,横向残余应力的数值较小,纵缝接头处残余应力关于焊缝中心呈对称分布,纵向残余应力在焊缝上呈拉应力,横向残余应力在焊缝上呈压应力;压力试验使结构件上部分应力释放,应力数值略有下降.     

7075铝合金FSW接头腐蚀疲劳性能及断裂特征

以7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,对其显微组织结构、3.5% NaCl(质量分数)溶液腐蚀疲劳寿命和腐蚀疲劳断裂特征进行了研究,分析了7075铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳性能及断裂过程.结果表明,7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳S-N曲线方程为lgN=5.845-0.014S,随着应力幅增大,腐蚀疲劳寿命大幅度降低;腐蚀疲劳裂纹起源于接头的热影响区,逐渐扩展最终断裂于接头的焊核区.腐蚀疲劳断口存在多个裂纹源,且受到应力集中作用的影响,裂纹源萌生于腐蚀坑处.高应力作用加剧了试样边角部分的腐蚀损伤,导致边角比平面位置腐蚀程度更严重.裂纹扩展区出现了明显的晶间断裂和疲劳辉纹;在腐蚀介质和交变载荷的共同作用下,裂纹扩展区腐蚀程度最重,晶界处产生了阳极溶解现象并产生了“冰糖块状”和“蚁巢状”的形貌特征;瞬断区产生了大量解理台阶和二次裂纹,为脆性断裂,在第二相粒子分布区域存在孔洞形貌特征.     

FSW线能量对2219铝合金FSW/VPPAW交叉接头缺陷的影响

6mm厚的2219铝合金经过搅拌摩擦焊后再进行变极性等离子焊接,获得交叉焊缝接头。本文以搅拌摩擦焊转速与焊速的比值ω/v表征搅拌摩擦焊的线能量,研究了不同搅拌摩擦焊线能量下对交叉接头气孔缺陷的影响。结果表明,随着搅拌摩擦焊线能量的提高,交叉接头处的气孔缺陷程度呈下降趋势。     

7075-T6铝合金激光-MIG复合焊焊接接头疲劳寿命原位研究

本文对7075-T6铝合金激光复合焊焊接接头的疲劳寿命进行了探究。结果表明：疲劳裂纹萌生寿命与疲劳寿命之间存在着一定的比例关系。对于母材试样,该比值为64.5%;而对于焊接接头试样,该比值为20.2%。疲劳断口表面观察发现,母材试样的疲劳断口上存在大量韧窝,而焊接接头试样疲劳断口上存在许多气孔。这些气孔被认为是引起焊接接头疲劳裂纹萌生寿命急剧下降的主要原因。     

2219-T87铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚2219-T87铝合金进行了焊接.对接头的宏观形貌、微观组织、显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,焊核区为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材;热机影响区发生了弯曲变形;热影响区组织出现了明显粗化.前进边热机影响区和焊核区形成明显分界线,后退边相对模糊.搅拌摩擦焊对接头各区域沉淀相分布形态有重要影响.接头室温拉伸强度可以达到母材的70%以上.沿焊缝横截面的显微硬度的分布显示,硬度最低点位于后退侧热影响区区域,断裂位置位于后退侧热影响区处,接头的断裂形式为韧性断裂.     

2219铝合金搅拌摩擦焊焊接接头的疲劳性能

通过疲劳寿命试验、断口和金相组织观察,研究了2219铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳断裂特征,分析讨论了搅拌摩擦焊焊接过程中产生的焊缝根部"吻接"缺陷对其疲劳性能的影响.结果表明,焊缝根部"吻接"缺陷是影响搅拌摩擦焊接头疲劳行为的主要因素.无"吻接"缺陷试样断裂于焊缝前进边侧,疲劳裂纹起源于焊缝底部,接头具有较高疲劳寿命;有"吻接"缺陷试样断裂于焊核中心,疲劳裂纹起源于"吻接"处,接头疲劳寿命较短.     

7050铝合金FSW接头微区低周疲劳裂纹扩展行为

对5 mm厚铝合金7050搅拌摩擦焊接头微区进行了低周疲劳裂纹扩展试验,研究了焊核区、前进侧及后退侧热力影响区的疲劳裂纹扩展行为. 结果表明,焊核区的疲劳裂纹扩展速率最快,前进侧热力影响区次之,后退侧热力影响区最慢. 焊核区疲劳裂纹呈沿晶与穿晶混合方式扩展,热力影响区的裂纹主要以穿晶方式进行扩展. 裂纹偏转或裂纹产生分支是热力影响区疲劳裂纹扩展速率降低的原因. 疲劳裂纹扩展初期,焊核区断口有疲劳辉纹出现;热力影响区断口并没有找到疲劳辉纹,而是出现了轮胎压痕花样. 疲劳裂纹稳态扩展期,焊核区和热力影响区断口均有疲劳辉纹.     

6005A-T6厚板铝合金FSW焊接接头力学性能与疲劳性能研究

铝合金厚板是轨道车辆的主要用材,为了使厚板铝合金搅拌摩擦焊批量应用于轨道车辆中,必须对铝合金厚板开展必要的力学试验和疲劳试验.文中采用搅拌摩擦焊对6005A-T6铝合金进行对搭接焊,通过金相分析、硬度、拉伸、弯曲、疲劳一系列试验,对6005A-T6铝合金焊接接头的力学性能和疲劳性能进行研究.通过对焊接接头的金相分析可以...     

超声表面机械研磨处理对6061铝合金FSW接头疲劳行为的影响

利用超声表面机械研磨处理(USMGT)方法对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头进行了表面晶粒细化处理,采用光学显微镜、显微硬度仪、扫描电镜等测试手段,对接头组织、力学性能及疲劳性能进行了分析。结果表明,USMGT处理后焊接接头表面形成了包含大量细化晶粒的梯度细晶层,表面细晶层的形成使接头表面硬度得到提高;接头的宏观断裂位置在热机影响区(TMAZ)和热影响区(HAZ)之间,滚压处理强化试样表层,FSW接头内部TMAZ和HAZ之间出现的软化现象无法消除,相比其他区域,该部分依然是疲劳薄弱区,承受载荷时微观裂纹源萌生位置由表面向内部迁移;滚压处理会使表层引入残余压应力,从而使得接头的疲劳性能得到提高,当应力幅值为150 MPa时,USMGT后的接头疲劳寿命达到未处理的3．5倍。     

铝合金搅拌摩擦焊接接头腐蚀疲劳研究进展

搅拌摩擦焊接(FSW)技术由于其固相焊接特征,在焊接铝合金方面具有显著优势。随着铝合金FSW接头在工业领域的应用越来越广,其腐蚀疲劳性能成为人们的关注重点。综合评述了铝合金FSW接头腐蚀疲劳的最新研究进展,介绍了铝合金FSW接头腐蚀疲劳研究的必要性及未来发展趋势。