铝铜合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能及断裂分析

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搅拌摩擦焊技术是一种固相焊接技术,该焊接方法被广泛应用于硬质铝合金的焊接工艺中,从而得到性能良好的焊接接头。但是由于在焊接过程中,接头的组织形貌、材料性能受到了一定的影响,焊接结构的可靠性也会降低,因此对焊接接头的力学性能和疲劳强度分析越来越引起人们的注意。  本课题对铝铜合金2219-T6搅拌摩擦焊接头进行了试验,分析接头在疲劳作用下的性能表现及易损区域,从微观、静态力学性能、疲劳加载模拟和细观损伤力学等方面对接头性能和强度进行了分析,最终对接头的疲劳断裂原因做出较好的解释,也较好地预测到焊接接头的易损区域,从而防止接头失效引起安全事故。  对铝铜合金2219-T6搅拌摩擦焊接头进行疲劳加载,确认接头的焊核区最易发生疲劳断裂,其次为热机区。为了分析这两个位置的断裂原因,对焊接接头硬度值、各区的晶粒尺寸、晶粒变形及晶界角度、接头各区的内部缺陷进行分析,从而发现接头的焊核区微观特征最为明显,硬度值低,小角度晶界数量小,内部缺陷较多,这些因素均可能导致焊核区性能低。  对接头各区域的材料做静态微拉伸试验,得到每个区域的静态力学性能。结果表明,在焊接接头中,焊核区和热机区材料的抗拉强度和屈服强度最低,因此,可判断这两个区域为接头性能最薄弱的区域。  对接头做疲劳加载模拟,分析在疲劳加载后,接头不同区域的应力和应变分布情况。根据模拟的最终结果可以发现,当焊接接头受到疲劳加载时,在焊核区和热机区的应变值较大,且热机区的应变最大。由此说明在这两个区域内,材料最易发生形变,当受到疲劳载荷作用时,焊核区和热机区易引起变形并产生疲劳破坏。  从细观损伤力学的角度分析焊接接头各区的材料性能。确定适用于该实验材料的GTN模型参数,采用GTN模型对接头的静载拉伸做模拟,结果发现,在GTN模型中,当接头受到静载拉伸试验,在焊核区最先发生断裂,由此可以证明,焊核区材料性能薄弱,最易发生损伤破坏。  通过各种试验和模拟结果分析,可以得出,在焊接接头处,焊核区和热机区的材料性能较低、在疲劳加载过程中最易发生变化变形,因此这两个区域成为接头的薄弱区域;综合焊核区的微观形貌特性和细观损伤分析,焊核区的性能相比热机区要更低,因此也较好的解释了焊核区的断裂概率要高于热机区。
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