铝合金焊接接头疲劳性能研究
铝合金焊接接头的力学性能评估及优化设计

铝合金焊接接头的力学性能评估及优化设计引言:铝合金作为一种轻质高强度材料,广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑工程等领域。
而焊接是铝合金加工常用的连接方法之一,焊接接头的性能评估和优化设计对于提高铝合金焊接结构的可靠性和寿命至关重要。
本文将从力学性能评估和优化设计两个方面来探讨铝合金焊接接头。
一、力学性能评估铝合金焊接接头的力学性能评估是通过对接头的强度、韧性和疲劳寿命等指标进行测试和分析来完成的。
1. 接头强度测试接头强度是评估接头负荷能力的重要指标。
常用的测试方法有拉伸试验和剪切试验。
拉伸试验通过施加拉伸力来测试接头的极限拉伸强度和屈服强度,剪切试验则测试接头的抗剪强度。
测试结果可以用于评估接头焊缝的质量和设计的可靠性。
2. 接头韧性测试接头的韧性代表了接头在承受外力作用下的抗变形和破坏能力。
常用的测试方法有冲击试验和硬度测试。
冲击试验可以评估接头的抗冲击能力和断裂特性,硬度测试可以反映接头焊缝和热影响区的硬度变化情况。
3. 接头疲劳寿命评估接头在长期加载或循环加载过程中容易产生疲劳破坏。
通过疲劳试验来评估接头的疲劳寿命,可以确定接头在实际使用条件下的可靠性。
疲劳试验需要根据实际应力条件进行模拟,并根据疲劳寿命曲线来评估接头的寿命。
二、优化设计通过对铝合金焊接接头的力学性能评估,可以发现接头的强度、韧性和疲劳寿命存在一定的改进空间。
因此,优化设计是提高接头性能的关键。
1. 材料选择优化设计首先考虑的是选择合适的焊接材料。
不同的合金成分和热处理方式对接头的性能有很大的影响。
通过选择合适的焊接基材和填充材料,可以提高接头的强度和抗疲劳性能。
2. 设计改进设计上的改进可以包括改变接头的几何参数和焊接方式。
通过优化焊缝的形状和尺寸,可以提高接头的载荷传递能力。
选择合适的焊接方式,如气体保护焊、电弧焊或激光焊等,也可以改善接头的焊缝形态和质量。
3. 焊接工艺控制焊接工艺是影响接头质量的关键因素之一。
通过优化焊接参数,如焊接电流、焊接速度和焊接温度等,可以改善焊缝的形成和热影响区的性能。
提高焊接接头疲劳性能的研究进展简介

提高焊接接头疲劳性能的研究进展简介技术中心李加良0引言在纪念中国机械工程学会焊接学会成立四十周年和中国焊接协会成立十五周年时,学会和协会秘书处编写了一本纪念文集反映我国焊接技术各个研究方向的发展轨迹及焊接技术在各个行业的应用现状,笔者感到天津大学材料学与工程学院霍立兴等人的论文:“提高焊接接头疲劳性能的研究进展和最新技术”一文对我厂这种主要从事焊接结构件的生产企业有一定指导意义,因此缩编了此文以飨我厂读者。
自从焊接结构得到广泛应用以来,发现主要承受动载荷的焊接结构,在远没有达到其设计寿命时就出现断裂破坏现象,其中90%为疲劳失效。
近年来,各国科技工作者在这方面的研究已经取得了较大的成绩,但是焊接结构疲劳断裂事故仍不断发生,且随着焊接结构的广泛应用有所增加。
例如,九十年代末,高速客车转向架中焊接接头的疲劳断裂,以及水轮机叶片根部的疲劳断裂等,都给国家和企业造成了较大的经济损失。
1焊接结构疲劳失效的原因焊接结构疲劳失效的原因主要有以下几个方面:①焊接接头的静载承受能力一般并不低于母材;而承受交变动载荷时,其承受能力却远低于母材,而且与焊接接头类型和焊接结构形式有密切的关系。
这是引起一些结构因焊接接头的疲劳而过早失效的一个主要的因素;②早期的焊接结构设计以静载强度设计为主,没有考虑抗疲劳设计,或者是焊接结构疲劳设计规范并不完善,以至于出现了许多现在看来设计不合理的焊接接头;③工程设计技术人员对焊接结构抗疲劳性能的特点了解不够,所设计的焊接结构往往照搬其它金属结构的疲劳设计准则与结构形式;④焊接结构日益广泛,而在设计和造过程中认为盲目追求结构的低成本、轻量化,导致焊接结构的设计载荷越来越大;⑤焊接结构有往高速重载方向的发展趋势,对焊接结构承受动载能力的要求越来越高,而对焊接结构疲劳强度方面的科研水平相对滞后。
2影响焊接结构疲劳强度的主要因素2.1静载强度对焊接结构疲劳强度的影响在钢铁材料的研究中,人们总是希望材料具有较高的比强度,即以较轻的自身重量去承当较大的负载重量。
1420铝锂合金激光焊接接头疲劳性能分析

控 , 于实现 自动 化 ; ) 易 ( 激光 束功 率 密度很 高 , 度 4 速
快 , 率 高 ; ) 光 焊 缝 窄 , 影 响 区很 小 , 件 变 效 (激 5 热 工 形小 , 可实现 精 密焊接 ; ) 光焊 缝组 织 均 匀 , (激 6 晶粒
维普资讯
第 3 7卷
第 1 2期
奄珲梭
E e t c W e dn c i e lc r l i g Ma h n i
2I 年 1 0 盯 2月
Vo. 7 No 1 1 .2 3 De 20 e. 《
12 0锯 锺 备 釜 激 擤 攮 接 头 4
形 不 理 想 , 且 焊 后 接 头 易 软 化 , 此 本 研 究 对 热 并 因
铝锂 合金 与传 统 的等 强度 铝合 金相 比 , 有低 具 密度 、 弹性 模 量 、 比刚 度 、 比强度 等优 点 , 高 高 高 在 国 内外航 空航 天 以及武 器 装备 、 民用领 域 中显 示 出 了广 阔 的应用 前景 。 激光 焊接 是一 种 先进 的焊 接技 术 , 具有 以下 它 特点 :1 有熔 池净 化效 应 , () 具 能纯 净焊 缝金 属 , 适用 于相 同或 不 同 材质 、 厚度 的金 属 间 的焊 接 ; ) ( 激光 2 束 可 以被 聚得 很 细 , 斑 能量 密 度 很 高 , 乎 可 以 光 几 汽 化所 有 的材 料 , 广 泛 的适 用 性 ; ) 光 功 率 可 有 (激 3
处 理 这种 工艺 方 法 对 接 头疲 劳分析 了如何选 择合 适 的热处 理工 艺 。
1 试 验 设 备 与 方 法
试验 所用 材 料 为东北 大 学研 制 的 1 2 4 0铝 锂 合 金 , 体成分如表 1 具 所示 。 试验所用设备 为 A 3 6型 M5 45k 连续 Y . W AG激 光 器 配 A B I B 4 01 B R 2 0 /6型 工 业机 器人 焊接 系统 。
高速列车6005A铝合金型材焊接接头疲劳性能

0 前
言
出现的一种新兴焊接技术 j 。经过 3 0余年的发展 , 激
光 一电弧复 合 焊 接技 术 已经 逐 渐 成 为 了一 种 高 效 率 、 低 变形 、 高冶金 质量 的新 兴焊 接 技术 , 并 已经 在汽 车 制
造、 石油 化工 、 压力容器 、 造船 、 工程 机 械 、 航 空 航 天 等 领 域得 到 了一 定 的应 用 J 。激光 一电弧 复合 热 源 焊
1 8 2 0 1 3年 第 4期
生产应用 俘 掳
1 . 2 试 验设 备
试 验所 用激 光器 为额 定功 率 6 k W 的光 纤激 光 器 ; 所 用焊 机 为 奥 地 利 F r o n i u s公 司 生 产 的 数 字 化 双 丝 MA G / MI G焊 机 , 焊接过程采 用脉冲焊 , 过渡形式 为 1 滴/ 脉冲; 疲 劳测 试试 验 采 用 P L G一1 0 0型 高 频 疲 劳 试 验机 ; 采用 J S M 一6 3 6 0 L V型 扫 描 电镜 观 察 疲 劳试 样 断
口的微 观形 貌 。
1 . 3 试 验方 法
的指定寿命为 1 × 1 0 次循环下 6 0 0 5 A铝合金双丝 M I G 焊接头的条件疲劳极限升降图 , 图 3中共有 5级应力 水平 , 有效 试 件数 为 1 3个 , 共有 5个 子 样对 , 因此 由升 降法确定的 6 0 0 5 A铝合金双丝 M I G焊接头在指定寿命
俘 搭 生产应用
高速列车 6 0 0 5 A 铝 合 金 型 材 焊 接 接 头 疲 劳 性 能
机 械 科 学研 究 院 哈 尔滨 焊接 研 究所 ( 1 5 0 0 2 8 ) 大 连 交通 大学 材 料科 学与 工程 学院 ( 1 1 6 0 2 8 )
铝合金材料的疲劳研究进展

铝合金材料的疲劳研究进展徐超,杨尚磊(上海工程技术大学材料工程学院上海 201620)摘要:综述了铝合金材料的疲劳研究进展,介绍了铝合金材料的疲劳裂纹萌生机制和特性、裂纹扩展规律及其扩展阶段的研究进展,同时概述了裂纹疲劳行为的影响因素和微观机理方面的最新研究进展,最后从裂纹萌生和扩展机制以及微观机理等方面概述了铝合金疲劳行为研究趋势。
关键词:铝合金疲劳裂纹萌生和扩展微观机理0 前言材料的疲劳性能指标是许多构件设计的重要依据之一,为此从微观上分析研究材料疲劳裂纹萌生和扩展特点以及他们与材料本证微观结构之间的关系具有重要指导意义[1]。
由疲劳引起的焊接构件表面产生的裂纹萌生、扩展和断裂,都会导致一系列严重的影响,致使整个系统出现失效现象。
疲劳行为的研究已经成为材料学中的一个重要分支,由于其存在的广泛性,越来越受到国内外众多学者的关注。
铝合金由于密度小、比强度高,耐蚀性好,在汽车、列车、船舶、航空、航天等领域得到了广泛的应用,同时还具有良好的成形工艺性和焊接性,因此铝合金成为在工业中应用最广泛的一类有色金属材料[2]。
铝合金材料的疲劳破坏是汽车、列车、船舶、航空、航天领域中经常遇到的现象,所以对铝合金的疲劳行为的研究更具有重要意义。
目前对铝合金疲劳裂纹的萌生、扩展和断裂的微观特征以及疲劳寿命的预测研究也相当广泛,因此,本文对铝合金材料的疲劳研究进行了综述。
2 铝合金材料的疲劳研究现状2.1 疲劳裂纹的萌生由于交变载荷的循环作用,疲劳裂纹的萌生过程往往发生在材料存在缺陷或薄弱区域以及高应力区,其通过不均匀的滑移或位移,从微细小裂纹形成而逐渐长大扩展至断裂。
主要可能存在以下形式:对一般的工业合金,在交变应力作用下第二相、夹杂物与基体界面开裂;对纯金属或单相合金,尤其是单晶体,材料表面的滑移带集中形成驻留滑移带就会形成开裂;当经受较高的应力或应变幅时,晶界结合力在低于晶内滑移应力下,晶界或亚晶界处易发生开裂;另外,对高强度合金,也会由于夹杂物、第二相本身属于脆性相从而发生开裂。
7075-T651铝合金焊接接头疲劳性能研究

现代制造技术与装备
2017 第 11 期 总第 252 期
7075-T651 铝合金焊接接头疲劳性能研究
庞西南 1 陈 辉 2 赵 旭 3
(1. 四川大学 化学工程学院,成都 610065;2. 西南交通大学 材料科学与工程学院,成都 610031; 3. 西南交通大学 牵引动力国家重点实验室,成都 610031)
图 4 7075 余高接头调修次数和疲劳极限曲线 图 8 是调修 1 次热影响区的金相组织图,可以观察到清 楚的晶界和晶间析出物主要集中在均匀的热影响区,晶粒分 布均匀。焊缝与热影响区界限清晰,晶粒随着焊缝的远离变 得更加均匀,逐渐变大。图 9 是调修 3 次热影响区的金相组 织图,可以观察到明显的晶界和均匀晶粒,晶间析出物较少。 具体地,靠近焊缝的晶粒较小,中间较大,而后变得更加均 匀规则。图 10 是调修 5 次热影响区的金相组织图,可以观 察到明显的晶界,晶间析出物最少,主要靠近焊缝侧。
在高铁、航空航天、车辆、建筑、桥梁、工兵装备和大型压力 容器等方面 [1]。焊接变形是焊接结构生产制造过程中的普遍 现象 [2]。相对铝合金而言,由于其热导率是钢的 5 倍,线膨 胀系数是钢的 2 倍,所以铝合金的焊接变形比钢更严重 [3]。
试验用材料为国产 7075-T651 铝合金型材,化学成分 如表 1 所示,供货状态 T651(拉伸消除内应力),厚度为 3mm。MIG 焊接试件在 200℃温度下加热 1 次、3 次、5 次,根 据 GB/T 26077-2010 金属材料疲劳试验轴向应力控制方法进
对未断裂试样进行金相取样,经砂纸研磨、机械抛光 和 Keller 试剂(1.0%HF+1.5%HCl+2.5%HNO3+95% 纯净水) 腐蚀后,采用 Axio Observer A1m 金相显微镜观察分析不 同调修次数的焊接接头的焊缝和热影响区的金相组织。 2 试验结果与分析 2.1 不同调修次数疲劳性能
焊缝余高对6082铝合金焊接接头疲劳性能的影响

W el di ng T echn ol ogy V01.42N o.10O ct.2013工艺与新技术35文章编号:1002—025X(2013)10-0035—03焊缝余高对6082铝合金焊接接头疲劳性能的影响王润1,侯振国2,钮旭晶2,张艳辉2,王陆钊2(1.长春轨道客车股份有限公司,吉林长春130062;2.唐山轨道客车有限责任公司,河北唐山063035)摘要:本文通过对去掉焊缝余高、保留焊缝余高的6082铝合金焊接接头的疲劳性能进行了对比研究,结果表明:2种焊接接头的中值疲劳极限值基本相当:去掉焊缝余高焊接接头的疲劳断裂均位于焊接热影响区,而保留焊缝余高焊接接头的疲劳断裂位于热影响区或者焊趾处.这说明焊缝余高和焊接热输入对6082铝合金焊接接头疲劳性能的影响基本相同。
关键词:6082;焊缝余高;焊接接头;疲劳性能中图分类号:T G407文献标志码:B0引言6082铝合金属于热处理强化铝合金,具有中等强度和良好的焊接性、耐蚀性,是我国高速列车车体的主要材质…。
高速列车不断运行要承受疲劳动载荷。
因此疲劳强度是衡量焊接接头性能的一个重要指标。
6系列铝合金焊接过程中由于热输入的作用会导致焊接接头强度的降低。
焊接热影响区的过时效软化区是热处理强化铝合金焊接接头的薄弱环节之--[21。
软化区疲劳强度相对母材要有比较明显的降低。
同时,焊缝余高的存在使得焊趾处应力相对集中也会对焊接接头的疲劳强度产生一定的影响。
本文以6082铝合金为对象,研究焊缝余高对焊接接头疲劳性能的影响。
l试验材料及方法1.1试验材料试验所用母材为6082一T6铝合金(固溶处理+人工时效)。
试件规格为350m m xl50m m x8m m。
所用焊接填充材料为直径1.2m m的M I G W E L D A15087实心焊丝,试验材料的化学成分和力学性能分别见表1和表2。
收稿日期:2013—05—06表1试验材料的化学成分(质量分数)(%)牌号Sj Fe C u M n M g C r6082一T60.40O.26(0.10<0.10066O.10 A15087≤0.25<0.10≤O.050.6一1.04.3~5.20.05—0.25牌号Z n N i Ti Zr A l6082一T6<0.10<0.05<0.10余量A15087≤0.25≤0.150.08~0.2余量表2试验材料的力学性能牌号屈服强度R m√M P a抗拉强度R d M Pa伸长率A,(%)6082≥300≥255≥9508712527517采用M I G多层多道焊焊接工艺.焊接设备为FR O N I U S(福尼斯)TPS4000型全数字化脉冲焊机,背部加8m m永久性铝垫板,间隙为3m m,坡口角度为700。
铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳性能

Байду номын сангаас
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铝合金焊接接头疲劳性能研究
发表时间:2019-08-07T10:24:10.000Z 来源:《基层建设》2019年第11期作者:张禧铭徐浩翔[导读] 摘要:测定了6061铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能,介绍了铝合金焊接件焊接接头的疲劳特征,分析了铝合金焊接件焊接接头中缺陷对其疲劳性能的影响。
中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000 摘要:测定了6061铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能,介绍了铝合金焊接件焊接接头的疲劳特征,分析了铝合金焊接件焊接接头中缺陷对其疲劳性能的影响。
结果表明铝合金焊接件焊接接口处气孔、夹杂物及未焊透三个焊接缺陷均会零件的应力集中创造条件,对铝合金焊接件焊接接头疲劳性能有重大影响。
气孔的大小、数量,未焊透的分布位置及形式明显地影响铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能
0.引言
铝合金由于其质量轻、强度高、无磁性、耐腐蚀性好,广泛应用于汽车、铁路、航空航天等领域。
焊接是铝合金零件最常见的连接方式,在铝合金焊接零件在重复外力作用下会发生疲劳断裂,而疲劳破坏过程又这些问题往往会给用户造成不可估量的巨大损失[1]。
通过研究发现,铝合金焊件焊接接头发生疲劳破坏是铝合金焊接断裂的主要原因,因此对铝合金焊接件进行全面分析,找出原因并提出解决方案,提高铝合金焊接件有着重大意义[2,3]。
近些年过高校和科研院所对铝合金焊接件焊接接口做了大量研究工作,并取得了重大成果。
周进等人通过对5A02 铝合金焊接接头的疲劳性能进行分析,得出了补焊可以降低铝合金焊接件焊接接口的疲劳强度(下降将近20%),可作为一种可靠的补救措施[4]。
王德俊通过对铝合金焊接接头焊缝几何特征的研究,得出了十字接头焊接方式比对接接头焊接方式应力集中更严重的结论[5]。
本文以6061铝合金为研究对象,分析焊接缺陷铝合金焊接件疲劳性能的研究。
1.试验材料及试验方法
本试验需要的材料为铝合金和焊丝,其中铝合金选用6061铝板,焊丝选用5356焊丝,铝板采用对接焊接。
这两种材料的化学成分如表1所示。
试验材料化学成分/%
将铝板通过焊丝分别用MIG焊和TIG焊两种方法进行焊接,不仅仅能够保证铝合金焊接件内部化学成分的完整性,而且也可以提高铝合金焊接件的焊接质量。
在进行全部焊接之后还需要采用合理的方法对焊接物进行验伤处理,找出其中存在的问题,并对出现问题的原因进行全面分析。
焊后进行X射线探伤检验,找出存在的问题并找到原因及时解决,将样品进行铣削加工,去除焊缝余高。
为获得样品真实状态,将样品铣削加工后再进行X射线探伤检测。
在MTS万能试验机上进行疲劳试验,用JSM-35C显微镜对断口形状进行合理观察。
2.试验结果及分析
2.1疲劳试验
试验结果如表2所示,对试验结果进行整理、对比,可以发现无论6061铝合金焊接件的焊缝有无缺陷,发生疲劳破坏的均为焊接口。
但是整个焊接过程是否存在缺陷对存在的疲劳现象和相应寿命还有很重要的作用。
但焊缝有无缺陷对其寿命有明显影响,即有焊缝缺陷的样品其寿命明显低于无焊缝缺陷的样品,并且随着缺陷尺寸的增大,疲劳寿命下降越多。
6061铝合金焊接接头疲劳性能
2.2疲劳断口特征
按照焊接接头的断裂过程疲劳断口一般分为裂纹源、疲劳裂纹扩展和最后断裂3个区域。
样品疲劳开裂源自样品表面,通过样品疲劳裂纹源处可发现该焊接样品件存在未焊透、夹杂物表面机械划伤、表面气孔以及显微疏松等缺陷,这些缺陷严重降低了铝合金焊接件焊接接头的疲劳寿命。
所有样品的裂纹扩展区中行成的疲劳辉纹均匀而细密,断口疲劳区凸起部分被磨平或磨亮。
裂纹持续扩展且速度越来越快,当剩余面积不承受施加的载荷时,样品发生瞬间断裂。
2.3焊接缺陷的影响
气孔、夹杂以及未焊透是铝合金焊接件焊接接头中的主要焊接缺陷。
由于铝合金的焊缝余高会产生应力集中,当去除焊缝余高后,焊缝中出现的缺陷成为影响铝合金焊接件焊接接头疲劳性能的主要因素。
2.3.1气孔对疲劳性能的影响
铝合金的焊缝金属在凝固时,部分未来得及溢出的气体形成的球状孔穴即为气孔。
这些孔穴的存在形式不一,通常以单个或密集分布存在,存在于整个焊缝或局部焊缝,为焊缝产生应力集中创造了条件。
通过分析发现,铝合金焊接件焊接接头疲劳性能受焊缝气孔的种类、尺寸和位置等因素的影响。
与无缺陷焊缝相比,当气孔直径小于0.5mm 时,其对焊接接头疲劳寿命影响不大;当气孔处于样品表面时,该因素成为铝合金焊接件焊接接头疲劳破坏的源头。
铝合金焊接件保留焊缝余高时,当其缺陷只有达到一定尺寸时才会有效铝合金焊接件的寿命。
铝合金焊接件去掉焊缝余高时,气孔成为其主要缺陷,当气孔处于焊缝表面且直接大于0.5mm时,在气孔处发生疲劳断裂。
2.3.2 夹杂对疲劳性能的影响
通过分析无缺陷样品与有缺陷样品(含有夹杂样品)的疲劳寿命可以发现,夹杂的存在严重降低铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能。
试样中存在的夹杂多为氧化物或金属化合物,铝合金焊缝中的夹杂物多呈疏松状存在。
2.3.3未焊透对疲劳性能的影响
未焊透是指在铝合金焊接件的对接焊缝中,焊缝金属没有到达接头的根部。
铝合金焊接件未焊透分布位置不一(表面或焊缝中间),并且其方向、厚度、长度各不相同。
单面焊的未焊透更容易产生应力集中,造成铝合金焊接件疲劳性能的降低。
由于铝合金焊接件未焊透缺陷严重影响其疲劳寿命,因此有效控制铝合金焊接件焊缝中未焊透的存在及其尺寸,对于提高铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能有着重要的影响。
3.结论
(1)气孔的宏观尺寸决定铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能。
当焊缝中气孔直径小于0.5mm时,对于铝合金焊接件的疲劳性能没有显著的影响,只有当焊缝中气孔处于焊缝表面且直接大于0.5mm时,才会对铝合金焊接件的疲劳性能有明显影响,并成为铝合金焊接件疲劳裂纹的源头。
(2)铝合金焊接件焊缝夹杂物严重降低其疲劳性能。
(3)铝合金焊接件焊缝未焊透缺陷的大小对其疲劳性能有很重要的影响。
当铝合金焊缝未焊透尺寸较大时,会严重降低其疲劳寿命;而当铝合金焊缝未焊透尺寸较小时,对铝合金焊接件焊接接头疲劳性能的影响较小。
(4)铝合金焊接件焊接接口处气孔、夹杂物及未焊透三个焊接缺陷均会零件的应力集中创造条件。
参考文献:
[1]王志海,陈亮,张立民,等.车体结构铝合金焊接接头疲劳性能研究[J].电焊机,2013,43(8):12-17.
[2] 马建民,李敬勇.焊接缺陷对铝合金焊接接头疲劳性能的影响[J].材料开发与应用,2003,18(6),32-34.
[3] 张举麟,李波涛,张华松,等.补焊对5A06 铝合金焊接接头力学性能的影响.机械工程材料,2017;41(8):84—86.。