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激光—电弧复合焊接7075-T6铝合金接头的疲劳断裂特性

作　者: 徐晓波
导　师: 徐道荣
学　校: 合肥工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 激光-电弧复合焊 7075-T6铝合金 疲劳断口 织构 同步辐射
分类号: TG456
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本文通过疲劳裂纹扩展速率试验、常规疲劳试验、扫描电子显微技术（SEM/EDS）、金相观察（OM）、透射电子显微技术（TEM）、电子背散射衍射技术（EBSD）及第三代上海同步辐射光源（SSRF）等先进材料研究方法，研究激光-电弧复合焊接头的疲劳、裂纹萌生与扩展的微观机制；深入分析了7075-T6铝合金激光-电弧复合焊接头的疲劳特性及断裂机理，得到如下主要结论：1、激光-电弧复合焊接高强铝合金7075-T6接头的疲劳的裂纹扩展速率为：da/dN=3.4×10-14（K）6.022（R=0.3），母材在应力比的R=0.3和0.1时的裂纹扩展速率分别为：da/dN=4.0×10-10（K）2.615和da/dN=1.1×10-10（K）2.902。2、接头和母材的da/dN曲线有交叉现象，当K≤15.6MPa.m1/2时，接头的疲劳裂纹扩展速率小于母材，表明接头在该荷载条件下可安全服役。3、同一K值条件下，高应力比下的疲劳裂纹扩展速率快于低应力比条件下的扩展速率；应力幅或平均应力是影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素，其次才是应力比。4、拉-拉循环（R=0.2）疲劳试验表明，在1×106循环周次下，复合焊接头的疲劳强度为124MPa，约为接头静载抗拉强度的44%。5、复合焊接头试样（包括疲劳试样和拉伸试样）普遍断裂于焊缝熔合线附近区域，未发现明显的塑性变形，经显微观察是韧-脆混合型断裂，焊接过程中产生的气孔、微小缩松等缺陷往往成为疲劳裂纹源。6、T6态7075铝合金基材的{111}<110>板织构组分最强，焊缝处的主要织构为{111}<110>板织构和{011}<100>高斯织构；焊缝区的晶粒取向虽然不像母材具有很明显的织构，但也表现出了一定的择优取向。7、焊接接头各不同区域都是大角度晶界占优，所占比例都在90%以上；在焊缝区和热影响区之间分布着一条宽度很窄、晶粒尺寸很小（相对于焊缝区和热影响区）的熔合线，理论判断为复合焊接头的断裂高危区。8、焊接热循环致Zn、Mg等强化元素的烧损、较严重的成分偏析及合金基体沉淀强化相（MPt）的长大与熔解是导致复合焊接头软化的主要原因。9、结合SEM/EDS、TEM、EBSD及上海同步辐射光源（SSRF）分析发现，熔合线附近区域基体沉淀强化相（MPt）的减少、较焊缝中心更为严重的成分偏析（热裂纹）以及粗细晶粒的混杂分布是接头普遍断裂于熔合线附近的主要原因。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-11
插图清单  11-13
表格清单  13-14
第一章 绪论  14-27
  1.1 研究背景和意义  14
  1.2 超高强铝合金的发展及研究现状  14-16
  1.3 铝合金的焊接工艺现状  16-22
    1.3.1 铝合金焊接性的影响因素  16-17
    1.3.2 铝合金的焊接方法  17-20
    1.3.3 铝合金的主要焊接问题  20-22
  1.4 铝合金及其焊接接头疲劳性能研究现状  22-26
    1.4.1 疲劳与断裂  22
    1.4.2 疲劳断裂机理研究现状  22-24
    1.4.3 影响疲劳性能的因素  24-25
    1.4.4 疲劳断裂的一般特征  25-26
    1.4.5 焊接接头断裂机理研究现状  26
  1.5 本课题研究内容  26-27
第二章 试验材料及方法  27-32
  2.1 试验材料  27
  2.2 试验方法  27-31
  2.3 本章小结  31-32
第三章 复合焊接头的疲劳裂纹扩展速率研究  32-39
  3.1 试验方法  32
  3.2 试验结果与分析  32-38
    3.2.1 疲劳断口形貌  35-36
    3.2.2 复合焊接头显微组织分析  36-37
    3.2.3 接头显微硬度  37-38
  3.6 分析与讨论  38
  3.7 本章小结  38-39
第四章 复合焊接头的疲劳强度  39-47
  4.1 疲劳裂纹的原位观测  39-41
  4.2 光学显微图片分析  41
  4.3 常规疲劳试验  41-42
  4.4 拉伸断口形貌  42
  4.5 疲劳断口形貌  42-45
  4.6 气孔三维分布  45
  4.7 本章小结  45-47
第五章 复合焊接头的微观组织和织构演变  47-54
  5.1 母材的织构分析  47-49
  5.2 复合焊接头织构分析  49-53
    5.2.1 焊缝中心区域织构分析  50-51
    5.2.2 熔合线附近区域织构分析  51-53
  5.3 本章小结  53-54
第六章 复合焊接头疲劳断裂机理的讨论  54-58
  6.1 接头显微硬度分布  54
  6.2 TEM 组织观察  54-55
  6.3 SEM/EDS 显微分析  55-56
  6.4 复合焊接头截面元素分布  56
  6.5 分析与讨论  56-57
  6.6 本章小结  57-58
第七章 结论与展望  58-60
  7.1 研究结论  58-59
  7.2 展望  59-60
参考文献  60-64
硕士期间发表的论文  64-65

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 特种焊接
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