鋁合金焊接接頭局部變形及斷裂行為的研究.pdf

1、鋁合金因其較小的密度、良好的塑性、以及較高的比強(qiáng)度而在汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣，而車(chē)身結(jié)構(gòu)中的焊接接頭是結(jié)構(gòu)承載中的薄弱環(huán)節(jié)。由于接頭不同程度地存在力學(xué)性能不均勻性，因而準(zhǔn)確測(cè)量接頭的局部力學(xué)性能對(duì)改善焊接工藝和評(píng)定接頭的整體性能是必要的，以及弄明白接頭在加載中的局部變形及斷裂行為對(duì)接頭進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)和碰撞分析試驗(yàn)時(shí)很有意義。本文針對(duì)這一問(wèn)題對(duì)6063鋁合金焊接接頭進(jìn)行了研究： (1)設(shè)計(jì)一套用于測(cè)量材料局部力學(xué)性能的雙孔微剪切試驗(yàn)裝

2、置，該裝置主要由加載機(jī)構(gòu)、打孔機(jī)構(gòu)、金相觀察機(jī)構(gòu)和操作臺(tái)等部分構(gòu)成。 (2)利用設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置對(duì)6063對(duì)接接頭進(jìn)行雙孔微剪切試驗(yàn)，結(jié)合有限元分析方法測(cè)量接頭的局部力學(xué)性能，并建立雙孔試驗(yàn)的有限元模型。 (3)通過(guò)雙孔試驗(yàn)觀察試樣在加載過(guò)程中的晶粒變形、裂紋起裂、擴(kuò)張與連接，直至斷裂的整個(gè)過(guò)程，結(jié)合斷口觀察，研究接頭在加載過(guò)程中的局部變形及斷裂行為。 (4)設(shè)計(jì)兩種試樣，通過(guò)雙孔試驗(yàn)研究接頭在不同應(yīng)力狀態(tài)下的局部

3、變形及斷裂行為，并建立不同應(yīng)力狀態(tài)的有限元模型。 研究結(jié)果表明：1)雙孔微剪切試驗(yàn)裝置能很好地滿足試驗(yàn)要求。2)測(cè)得了6063鋁合金對(duì)接接頭不同區(qū)域的斷裂應(yīng)變，結(jié)果表明：焊縫斷裂應(yīng)變最小，母材斷裂應(yīng)變最大，在熱影響區(qū)斷裂應(yīng)變隨著距熔合線距離的增加而逐漸增大；同時(shí)得到了接頭的屈服強(qiáng)度和加工硬化指數(shù)的分布特點(diǎn)，在屈服強(qiáng)度最低時(shí)，加工硬化指數(shù)最高，在加工硬化指數(shù)出現(xiàn)最低值時(shí)，屈服強(qiáng)度沒(méi)有明顯降低。3)孔徑相同時(shí)材料的斷裂應(yīng)變大于孔徑不

4、同時(shí)材料的斷裂應(yīng)變?？讖较嗤瑫r(shí)，試樣在加載中裂紋起裂點(diǎn)位于載荷開(kāi)始下降點(diǎn)處，開(kāi)裂后載荷下降很快，接著就發(fā)生破壞。材料的損傷方式首先是局部剪切帶的產(chǎn)生，之后在帶內(nèi)產(chǎn)生微裂紋，微裂紋沿加載方向沿晶界或穿過(guò)晶界向前擴(kuò)展，直到斷裂，從斷口和剪切面上的應(yīng)力三軸度看，試樣是剪斷的；而孔徑改變時(shí)，試樣是在剪應(yīng)力和拉應(yīng)力共同作用下發(fā)生破壞，試樣剪切面上的三向應(yīng)力度最大可達(dá)到0.7，斷口上有很多韌窩出現(xiàn)，說(shuō)明材料的變形及斷裂行為已發(fā)生改變，一這也可從有限