7075铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能评定和缺陷分析的研究

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1、摘要搅拌摩擦焊(FSW)作为一种固相焊接技术在铝及其合金的焊接方面显示出了巨大的优势。深入研究各种工艺参数、焊接缺陷、组织结构及接头温度场分布等因素对搅拌摩擦焊疲劳强度及寿命的影响规律，将为推广和应用这种技术、建立合理有效的疲劳评定规范提供重要依据。本文通过对7075搅拌摩擦焊接头各个分区进行金相和硬度实验，结果表明：在该焊接工艺参数下焊缝区域得到比母材更细小的再结晶晶粒，硬度的变化与接头微观组织的变化趁势一致，焊缝中心得到了仅次于母材的较高硬度值，最低硬度值发生在热影响区，在热影响区与热机影响区的交界处硬度迅速下降。

2、本文对7075铝合金搅拌摩擦焊接头进行了力学性能实验，拉伸实验结果表明断裂位置均发生在焊缝中心与热影响区的交界处软化区或热影响区，焊接接头的抗拉强度达到了母材的88％；疲劳裂纹扩展速率实验结果表明7075铝合金搅拌摩擦焊接头热影响区和焊缝中心的疲劳裂纹扩展速率da／dN在整个疲劳过程中都高于母材的的裂纹扩展速率da／dN，这种差别在高的应力强度因子幅值aK时表现优为明显；疲劳S-N试验结果表明7075铝合金搅拌摩擦焊接头取得了比同级别熔焊接头更高的疲劳性能。通过分析FSW产热过程和热输入基本分布情况建立了传热分析的有限

3、元模型，．计算和分析表明焊接过程中焊缝中心表面温度在437℃"----490℃之间变化，搅拌头前方温度场梯度较小，后方温度场梯度较大；焊接温度场趋于稳态时焊缝中心的温度在470℃"---49012范围内变化，热影响区的温度在335℃～385℃范围内变化，焊缝前进侧温度比焊缝后退侧温度平均低10℃左右，焊缝表面与底面的温度差为15℃左右。通过对航空铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷进行的分析表明，在长寿命区域焊缝表面的旋转加工痕迹往往是疲劳裂纹产生的根源，焊缝连接处的飞边缺陷将会对接头疲劳性能产生明显影响：“洋葱皮"缺陷为两个起始

4、裂纹提供了轻松连接的渠道，从而影响了试样的整体疲劳寿命，同时它们对FSW接头的断裂韧性有一定影响：焊缝中心处残留氧化物所形成的“Z”字形缺陷会明显降低搅拌摩擦焊接头疲劳性能，该缺陷是焊件表面和对接面上氧化物在搅拌头的搅拌剪切作用下形成的。关键词：搅拌摩擦焊；疲劳性能：铝合金；疲劳裂纹扩展速率：S-N曲线；“Z”字形缺陷：温度场：数值模拟ABSTRACTFrcitionStirWelding(FSW)，asasolidstateweldingtechnology，hasbehavedmanysignificantadva

5、ntagesinweldingfieldofAlandAIalloys．Thatresearchingtheinflunceoftheweldingtechnology，weldingflaws，joints蛐nlct珈旧andtempreaturefielddistributiononthefatiguestrengthandlifecanprovideimportantreferencetobuildareseonablefatigueassessmentnorm．Inthescopeofthisthesis，th

6、roughthemetallographicalandmicrohardnesstestsindifferentareasof7075-T6A1alloyjoints，theresultsshowthattheweldsachievedfinerequiaialreerystallizedgrainstructurethanthebasematerial．Themicrohardnessvariationwasconsistentwiththatofmicrostructureinweldtransversesecti

7、on．Theweldsgainedahigherhardness．andtheminiInumhardnessoccurredintheHeatAffectedZone(HAZ)．IntheinterfacebetweentheHAzandThermalMechanicalAffectedZone(TMAZ)，thehardnessvaluedecreasedsignificantly．Inthispaper，seriesofmechanicalpropertytestsof7075-T6A1anoyjointshav

8、ebeenproceeded．Thetensiletestresultsshowedthat也efracturepositionoccurredinthesoftenedzonebetweenweldsandHAzorHAZ，and也etensilestrengthreachedthe88percentofbasematerial