A7N01铝合金焊接接头的补焊性能分析

以高速列车用A7N01铝合金原始焊接接头和一次补焊接头为研究对象,通过残余应力测试、拉伸试验、硬度试验、金相分析以及断裂韧度测试等手段对补焊前后焊接接头力学性能进行了研究,基于断裂力学理论对补焊前后焊接接头进行了力学性能测试和显微组织分析,依据试验结果对补焊前后构件临界失稳断裂长度进行计算,由金相分析结果假定补焊前后初始裂纹长度,利用Paris公式对含有初始缺陷的补焊前后焊接接头进行疲劳剩余寿命计算,计算结果说明尽管补焊工艺一定程度造成了材料性能损失,在存在裂纹的情况下依然是一种有效的提高构件承载能力的方法.     

应力集中对A7N01铝合金焊接接头疲劳性能的影响

采用脉冲MIG焊的方式制备了A7N01铝合金焊接接头,接头类型分别为对接、十字接、搭接等三种型式。采用A NSYS有限元仿真模拟不同类型接头的应力集中系数。研究不同类型接头疲劳S-N曲线,并分析断口微观形貌。结果表明:对接、十字接、搭接三种接头具有不同的应力集中系数,搭接接头具有最高的应力集中系数,十字接头次之,对接接头最低。随着应力集中系数的增大,三种接头的疲劳极限降低,并且在同样的加载应力下,疲劳循环周次也随着应力集中系数的增大而降低,但接头的微观断裂机理基本一致,都是在焊趾处为疲劳裂纹起源。证明应力集中不会影响A7N01铝合金焊接接头的断裂机理,由于高的应力存在,疲劳极限显著降低,因此在进行接头设计时,要考虑应力集中的影响。     

缺口对A7N01铝合金焊接接头疲劳性能的影响

由于熔化焊焊接接头中存在一定的焊接缺陷,造成缺陷部位应力集中,从而迫使应力集中部位成为微观裂纹的起源。研究了缺口效应对A7N01铝合金焊接接头疲劳性能的影响。研究结果表明,裂纹起始位置都是在缺口底部的应力集中最大处,并且沿着横截面扩展,材料缺口处存在缺口效应,开缺口降低了疲劳极限及疲劳性能。     

A6N01S-T5铝合金接头疲劳性能

A6N01S-T5铝合金在现代化高速列车中应用广泛,制造铝合金高速列车车体时,焊接式最主要的连接方式,据统计,铝合金结构件中90%的断裂是由承受重复性动载的焊接接头的疲劳破坏引起的,研究了A6N01S-T5铝合金焊接接头疲劳性能,结果显示,同种焊接接头带余高试件比平滑接头的疲劳强度低,机加工的方式和精度很大程度上影响试件的疲劳性能。     

高速列车6N01铝合金型材焊接接头疲劳性能

针对高速列车6N01铝合金型材侧墙部件,采用脉动拉伸试验方法分别测试了母材、单丝MIG焊对接接头、激光-单丝MIG复合焊对接接头、激光-双丝MIG复合焊对接接头的疲劳性能,试验采用升降法进行,应力比为0.1,疲劳寿命设定为1×10~7。疲劳测试结果表明,在该试验条件下,6N01铝合金母材的疲劳强度为115 MPa,与铝合金母材相比,焊接接头的疲劳性能略有降低,单丝MIG焊接头的疲劳强度约为87 MPa,为母材的75.7%,激光-单丝MIG复合焊接头的疲劳强度约为107.5 MPa,为母材的93.5%,激光-双丝MIG复合焊接头的疲劳强度约为105MPa,为母材的91.3%,激光-单丝/双丝MIG复合焊对接接头的疲劳性能优于单丝MIG焊对接接头的疲劳性能。     

A6N01-T5铝合金焊接接头的组织与疲劳性能

为了确定A6N01-T5铝合金挤压型材MIG焊接接头发生疲劳断裂的原因,本文采用高频疲劳试验机对A6N01-T5铝合金MIG焊接试样进行低周疲劳拉伸试验,研究了A6N01-T5铝合金焊接接头低周疲劳行为、疲劳裂纹表面和断口表面以及缺陷对疲劳性能的影响。结果表明:在热影响区存在一个明显的软化区,该软化区在疲劳拉伸实验中变形较严重;A6N01铝合金焊接试样的疲劳裂纹源萌生于气孔及夹杂等缺陷产生应力集中处;焊缝近表面的气孔及内部的夹杂是裂纹快速扩展的诱因。     

焊接气孔缺陷对A7N01铝合金焊接接头腐蚀疲劳性能的影响

在不同环境湿度条件下制备了不同焊缝气孔率的A7N01铝合金焊接接头,并通过条件腐蚀疲劳强度和断口微观形貌研究气孔缺陷对焊接接头腐蚀疲劳性能的影响。结果表明,当焊接环境的湿度由常湿增至70%时,焊缝的平均气孔率由0.07%增大为0.16%,接头的条件腐蚀疲劳强度由110 MPa降为100 MPa,焊接气孔缺陷对A7N01铝合金焊接接头的腐蚀疲劳性能有明显影响。焊缝中的气孔会造成严重的缺口效应,引起应力集中,导致裂纹在气孔处优先萌生,并在应力和腐蚀介质的共同作用下形成沿晶与脆性疲劳条带的混合断裂形貌。     

多次补焊对6061-T6铝合金T型接头疲劳性能的影响

对多次补焊下的高速列车用6061-T6铝合金T型接头进行三点弯曲疲劳性能试验,并对疲劳断口做了扫描观察与分析。结果表明:焊接接头指定寿命为1×107次的中值疲劳极限强度随着补焊次数的增加而下降,且补焊次数越多下降幅度越大。疲劳试验中的断裂试件均在焊趾处启裂,裂纹往母材方向延伸,其断口全貌呈纤维状;启裂区和扩展区疲劳纹清晰且较为粗大,但启裂源并不明显;终断区为浅韧窝型韧性断口。     

A7N01铝合金焊接接头组织对疲劳断裂的影响

研究了A7N01铝合金TIG焊接头组织对疲劳断裂的影响。使用光学显微镜对A7N01焊接接头的微观金相进行观察,使用疲劳试验机测试焊缝区、热影响区和母材区的抗疲劳性能,运用扫描电镜对疲劳断口的疲劳源区形貌、疲劳扩展区形貌进行观察。结果表明:焊缝区由α(Al)基体、粗大一次相和细小弥散第二相组成,呈现为铸造组织;热影响区由α(Al)基体和未完全固溶的一次相组成,热影响区接近焊缝一侧为等轴晶粒,远离焊缝一侧为粗大的变形晶粒;母材区由α(Al)基体、粗大一次相、细小弥散的第二相和平行轧制方向分布的夹杂物组成,呈现为由变形晶粒构成的轧制态组织。在相同疲劳条件下,母材区寿命最长,热影响区次之,焊缝区最短。疲劳源区SEM观察结果表明,焊缝区的焊接气孔、焊缝夹杂、结晶裂纹等缺陷为疲劳断口的主要疲劳源;焊缝区、热影响区和母材区微观组织的不同导致各区疲劳扩展阶段的微观形貌存在很大差异。     

7N01S-T5铝合金焊接接头疲劳性能

对MIG焊接得到的板厚为10 mm的7N01S-T5铝合金焊接接头进行疲劳试验,研究其疲劳性能,通过对疲劳试验后的试样进行金相组织观察和断口SEM观察,分析其疲劳试验前后显微组织变化以及断裂的原因。结果表明,7N01铝合金焊接接头的疲劳极限为111.6 MPa,经过疲劳试验的焊接接头断裂在硬度值最低的焊缝处,裂纹沿垂直于焊缝柱状晶的方向扩展。疲劳源处未见明显的夹渣、气孔等缺陷。焊缝处析出相聚集在晶界,部分区域出现了液化裂纹。     

补焊次数对A6N01S-T5铝合金对接接头微观组织与力学性能的影响

对A6N01S-T5铝合金进行一次焊接和三次补焊试验,系统分析补焊次数对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,焊缝区由α-Al以及(α-Al+Mg_2Si)的伪共晶组织构成;随着补焊次数的增加,焊缝区组织变化不大,热影响区产生过时效现象形成软化区。焊缝区显微硬度高于热影响区,且随补焊次数的增加热影响区范围增大,显微硬度值下降;这主要与热影响区过时效现象加剧有关。补焊对焊接接头抗拉强度和弯曲性能影响较小,而对延伸率影响较大;随着补焊次数的增加,延伸率不断下降。拉伸试样均断裂于热影响区,为接头力学性能的薄弱部分。     

TIG熔修对7N01铝合金焊接接头疲劳性能的影响

采用焊条电弧焊的方法对7N01铝合金焊接试板进行TIG熔修,对熔修前后的试件进行疲劳寿命测试,并对焊接接头的显微硬度变化进行测试,采用扫描电镜对疲劳断口进行显微形貌分析,并对疲劳源区缺陷进行XRD成分检测.结果表明,TIG熔修对焊趾应力集中的降低有限,还可能引入新的焊接缺陷成为疲劳裂纹源;同时TIG熔修使得焊接区域经受二次加热,沉淀强化相的形态和重新分布造成接头组织弱化,降低了焊接接头抵抗疲劳裂纹扩展的能力,多方面作用的结果是:经TIG熔修后铝合金焊接接头疲劳寿命略有降低,所以对于7N01高强铝合金对接接头单纯采用焊趾TIG熔修的方法提高疲劳性能不具备可行性.     

A6N01铝合金焊接接头的微观组织与力学性能

对高速列车车体用新型A6N01铝合金进行MIG焊接,使用光学金相(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、显微硬度计和拉伸试验机对焊接接头的显微组织与力学性能进行观察与分析。结果表明:焊缝金属为等轴晶状的铸态组织,焊缝边缘的熔合区形成柱状晶组织。在热影响区(HAZ),过时效区的晶粒比淬火区的更为粗大,形成HAZ软化区。A6N01铝合金母材析出短棒状β′(Mg2Si)过渡强化相。HAZ析出粗大的短棒状稳定强化相β(Mg2Si)。焊缝显微硬度最低,约为65 HV。焊接接头的抗拉强度为270 MPa,断后伸长率为6.0%。     

Effect of weld reinforcement on fatigue properties of A6N01 aluminum alloy welded joint

Fatigue properties of smooth and reinforcement A6N01 aluminum alloy welded joints were characterized in this paper. Based on measured S-lgN curves and fatigue fracture morphologies, effect of weld reinforcement on the fatigue property of the welded joint was studied. Results show that the weld toe is the weakness region of the reinforcement welded joint due to the stress concentration in this area, thus the fatigue fracture occurred at the weld toe for all the reinforcement welded joints; while the fatigue property of the smooth welded joint was improved due to remove of the weld reinforcement, and the welding defect was the key factor of the fatigue fracture, thus its fracture zones mainly located at welding zone and fusion line.     

焊接残余应力对7N01铝合金疲劳裂纹扩展影响

焊接残余应力作为平均应力影响裂纹扩展. 将残余应力与外载平均应力分离,通过构建典型焊接残余应力场,借助扩展有限元计算焊接残余应力场的应力强度因子. 开展了紧凑拉伸（CT）试样的疲劳扩展试验,基于Walker公式将裂纹尖端平均应力强度因子K_m（静态量）和应力强度因子幅值ΔK（动态量）分离,获得疲劳裂纹扩展速率da/dN与K_m及ΔK的非线性关系. 结果表明,不同外载荷下,应力比与裂纹长度为非线性关系;残余应力对裂纹扩展存在尺度效应:CT试样裂纹长度小于2 mm时,残余应力场明显影响疲劳裂纹扩展速率;当裂纹长度大于2 mm,外载荷为主导因素.     

6N01铝合金水冷MIG焊接头组织和性能

针对6N01铝合金熔化焊接头软化问题,研究了水冷对MIG焊接头组织和性能的影响,并与自然冷却条件下接头进行对比.金相试验结果表明,水冷使填充和盖面焊道部分熔化区变窄,焊缝近熔合线的柱状晶区变宽,焊缝内部等轴晶细化;显微硬度试验结果表明水冷条件下接头软化区范围明显变窄且硬度提高;软化区TEM观察显示水冷减少了β'析出相长大;水冷还提高了MIG焊接接头屈服强度和抗拉强度.结果表明,水冷能优化6N01铝合金MIG接头组织并提高力学性能.     

A6N01-T5铝合金型材力学性能与停放时间的关系

论述了A6N01-T5铝合金型材停放时间与力学性能的关系。铸锭经挤压机挤压成形,在挤压机上在线淬火处理,室温停放不同的时间,随后在相同的时效制度下进行人工时效,其力学性能的变化非常明显。通过对比试验,确定了型材力学性能与停放时间的关系曲线。     

Laser-pulsed MIG hybrid welding technology of A6N01S aluminum alloy

Welding research of A6N01S-T5 aluminum alloy profile for high-speed train was done by using laser-MIG hybrid welding and MIG welding individually. And the weld appearance,welding distortion,mechanical properties of the joints and microstructures were analyzed. The test results demonstrated that high-efficient welding for the profile can be achieved by using laser-MIG hybrid welding,the speed of which can be over 3. 0 m/min. The processing had a good gap bridging ability,even if the gap of the butt joint was up to 2. 0 mm,a good weld appearance can also be got. While the hybrid welding speed was greater than 2. 5 m/min,the welding distortion of the laser-tandem MIG hybrid joints was just about 33% of that of the MIG joints,but the welding efficiency was over 3 times of MIG welding. And tensile strength of the hybrid joints was 85% of that of A6N01S-T5 base metal,9% higher than that of the MIG joints. Fatigue properties was tested individually with pulsed tensile fatigue method in the condition of 1 × 10~7 lifetime. The test results demonstrated that the fatigue strength of the joints was a little lower than that of base material,which could be up to 115 MPa. But the fatigue strength of hybrid welding joints was 107. 5 MPa,which was 23% higher than 87 MPa of MIG welding joints.