高速列車鋁合金熔焊接頭疲勞開(kāi)裂同步輻射成像及表征.pdf

1、針對(duì)高速列車用激光復(fù)合焊7020-T651鋁合金接頭的疲勞開(kāi)裂機(jī)制問(wèn)題，本文利用同步輻射X射線三維成像技術(shù)對(duì)熔焊氣孔及其引起的疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展特性進(jìn)行了原位成像及表征研究，并采用有限元方法對(duì)熔焊接頭的裂紋擴(kuò)展材料常數(shù)（等效C和n）和三維斷裂韌度進(jìn)行了估算及討論。
　　通過(guò)對(duì)氣孔的等效直徑、圓整度及氣孔重心至自由表面的距離等三維特征參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與擬合，結(jié)果顯示:(1)鋁合金熔焊微氣孔主要是圓整度在0.65以上的近球形冶金型氫氣

2、孔，于焊縫中心兩側(cè)呈近似對(duì)稱分布;(2)焊縫上部氣孔數(shù)量較少但尺寸較大，下部及熔合線附近氣孔數(shù)量較多但尺寸較小;(3)等效直徑小于20μm的氣孔，在接頭上部和下部氣孔中占比分別高達(dá)65％和85％，少見(jiàn)100μm以上的大尺寸氣孔;(4)由于鋁合金熔池的下塌和快速冷卻，殘留于枝晶網(wǎng)絡(luò)間液相導(dǎo)致焊縫下部形成垂直于焊縫且層疊分布的形狀復(fù)雜的熱裂紋，氣孔之間以及氣孔和熱裂紋之間存在著連通現(xiàn)象，使得下部微氣孔的圓整度平均值較小。
　　多個(gè)裂紋

3、萌生于鋁合金熔焊接頭表面或近表面的氣孔，但只有一條或少數(shù)幾條裂紋繼續(xù)擴(kuò)展成規(guī)則的形貌，呈現(xiàn)典型的低周疲勞特性;穩(wěn)定擴(kuò)展階段裂紋前緣受晶界和氣孔等微觀組織影響呈現(xiàn)局部的不規(guī)則現(xiàn)象，但總體上仍保持相對(duì)規(guī)則的形貌;疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段壽命僅占到疲勞總壽命的比例不小于30％，某些試樣甚至高達(dá)50％;采用基于等效厚度概念建立起來(lái)的裂紋擴(kuò)展速率模型和三維有限元法（奇異單元）對(duì)疲勞裂紋形貌的預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，估算得到的裂紋擴(kuò)展材料常數(shù)分別為Ce