鋁合金FSW焊接接頭超高周疲勞性能研究.pdf

1、隨著航空航天工業(yè)的飛速發(fā)展，兼具輕量和良好韌塑性?xún)纱髢?yōu)點(diǎn)的高強(qiáng)鋁合金的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，然而高強(qiáng)鋁合金的熔化焊技術(shù)存在過(guò)多的氣孔、裂紋等焊接缺陷，工業(yè)應(yīng)用潛力很低。英國(guó)焊接研究所（TWI）發(fā)明的攪拌摩擦焊（FSW）這種連接工藝可以很好地解決氣孔、裂紋等焊接缺陷的問(wèn)題。
　　本文所用試驗(yàn)設(shè)備為天津大學(xué)自主開(kāi)發(fā)研制的 TJU-HJ-I型超聲波疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)，以此來(lái)研究7050鋁合金母材和FSW焊接接頭在超高周區(qū)間內(nèi)的疲勞性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

2、明：母材試件和焊縫試件在107周次之后均會(huì)發(fā)生疲勞斷裂，不存在“疲勞極限”或者“階梯”，S-N曲線(xiàn)為一條連續(xù)下降的直線(xiàn)，焊接接頭的疲勞性能相比母材略低。對(duì)比大尺寸和小尺寸的焊接接頭疲勞試驗(yàn)結(jié)果，大尺寸試件的疲勞性能略低于小尺寸試件，說(shuō)明疲勞試驗(yàn)存在尺度效應(yīng)。觀察疲勞斷口發(fā)現(xiàn)：母材斷口幾乎在同一平面內(nèi)，而焊縫斷口較粗糙，大多數(shù)試件可以清晰的區(qū)分疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)，疲勞輝紋特征明顯。母材試件全部起裂于試件表面處，焊縫試件起裂于表面或者次

3、表面缺陷處，沒(méi)有材料超高周疲勞斷口中典型的“魚(yú)眼”特征。通過(guò)焊縫等應(yīng)力試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，疲勞壽命與斷口的疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)的面積呈正相關(guān)。分析FSW焊接接頭四個(gè)主要區(qū)域的組織特征和硬度。統(tǒng)計(jì)焊縫試件斷裂位置可知，疲勞斷裂大多發(fā)生于軟化現(xiàn)象最嚴(yán)重的熱影響區(qū)，少數(shù)斷裂于焊核區(qū)的試件內(nèi)部均存在較大的焊接缺陷。FSW焊接缺陷中，未焊合這種面型缺陷會(huì)產(chǎn)生極大的應(yīng)力集中，存在未焊合缺陷的試件疲勞性能很差，夾雜物也會(huì)引起應(yīng)力集中導(dǎo)致疲勞性能下降，夾雜物位置越