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兩大優(yōu)點的高強鋁合金的應用范圍越來越廣，然而高強鋁合金的熔化焊技術存在過多的氣孔、裂紋等焊接缺陷，工業(yè)應用潛力很低。英國焊接研究所（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題。
　　本文所用試驗設備為天津大學自主開發(fā)研制的 TJU-HJ-I型超聲波疲勞試驗系統(tǒng)，以此來研究7050鋁合金母材和FSW焊接接頭在超高周區(qū)間內的疲勞性能。實驗結果表

2、明：母材試件和焊縫試件在107周次之后均會發(fā)生疲勞斷裂，不存在“疲勞極限”或者“階梯”，S-N曲線為一條連續(xù)下降的直線，焊接接頭的疲勞性能相比母材略低。對比大尺寸和小尺寸的焊接接頭疲勞試驗結果，大尺寸試件的疲勞性能略低于小尺寸試件，說明疲勞試驗存在尺度效應。觀察疲勞斷口發(fā)現：母材斷口幾乎在同一平面內，而焊縫斷口較粗糙，大多數試件可以清晰的區(qū)分疲勞裂紋擴展區(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，沒有材料超高周疲勞斷口中典型的“魚眼”特征。通過焊縫等應力試驗可以發(fā)現，疲勞壽命與斷口的疲勞裂紋擴展區(qū)的面積呈正相關。分析FSW焊接接頭四個主要區(qū)域的組織特征和硬度。統(tǒng)計焊縫試件斷裂位置可知，疲勞斷裂大多發(fā)生于軟化現象最嚴重的熱影響區(qū)，少數斷裂于焊核區(qū)的試件內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產生極大的應力集中，存在未焊合缺陷的試件疲勞性能很差，夾雜物也會引起應力集中導致疲勞性能下降，夾雜物位置越