合金焊接接头疲劳裂纹扩展速率研究

天津大学

硕士学位论文

高速列车用A6N01S和A7N01S铝合金焊接接头疲劳裂纹扩展速率

研究

姓名：薛华

申请学位级别：硕士

专业：材料加工工程

指导教师：王立君

20070601

摘要

铝合金高速列车是现代化铁路车辆的主流发展方向，世界各国均在大力发展铝合金高速列车。制造出具有国际先进水平的铝合金高速列车，不但需要可靠的生产设备和优秀的产品结构设计，而且需要完善的制造技术和质量保证体系，其中最关键的技术问题之一便是高速列车车体的焊接质量控制。Ａ６Ｎ０１Ｓ和Ａ７Ｎ０１Ｓ铝合金热处理后具有良好的综合性能，但这并不意味着其焊接接头也具有如此良好的机械性能，并且多数焊接构件在实际工程中承受一定的交变载荷。因此，研究Ａ６Ｎ０１Ｓ和Ａ７Ｎ０１Ｓ铝合金在合适的焊接工艺下的焊接接头的疲劳裂纹扩展速率问题，用于推算焊接构件的剩余使用寿命，对于高速列车的研制与开发具有很重要的指导意义。

本文通过对焊接接头力学性能的研究，得出国产化Ａ６Ｎ０１Ｓ和Ａ７Ｎ０１Ｓ铝合金配用ＥＲ５３５６焊丝的焊接接头质量符合高速列车用铝合金的国际标准。Ａ６Ｎ０１Ｓ和Ａ７Ｎ０１Ｓ铝合金铝合金焊接接头的热影响区均出现了一个组织的软化区，焊接接头的最薄弱处分别位于热影响区的软化区和焊缝中心。研究了Ａ６Ｎ０１Ｓ和Ａ７Ｎ０１Ｓ铝合金焊接接头各区域的光学显微组织，总结出了两种铝合金焊接接头软化区组织的粗化是该区出现软化的根本原因。

本文利用Ａ６Ｎ０１Ｓ和Ａ７Ｎ０１Ｓ铝合金焊接接头的三点弯曲ＳＥ（Ｂ）试样的疲劳裂纹扩展速率试验，对这两种焊接接头以及母材的疲劳裂纹扩展速率问题进行了研究。对于Ａ６Ｎ０ｌＳ铝合金，热影响区的疲劳裂纹扩展速率基本上处于最低的位置，但是由于其曲线的斜率较大，热影响区的裂纹扩展速率增长非常快，随着ＡＫ的不断增大，与焊缝区的裂纹扩展速率差距越来越小；对于两类母材区，很明显地可以看到起始切口平行于板材挤压方向的疲劳裂纹扩展速率要快于另一类母材和焊缝区，这种差别在高的应力强度因子范围ＡＫ时表现地更为明显；而焊缝区的裂纹扩展速率与切口垂直于加工方向的母材相差不大，随着ＡＫ的不断增大，两条曲线出现了两次交点，曲线之间的偏差非常小；对于Ａ７Ｎ０１Ｓ铝合金焊接接头，当ＡＫ较小时，焊缝处的裂纹扩展速率略大于热影响区处，随着ＡＫ的增大，两者之差逐渐减小。通过两种铝合金焊接接头疲劳裂纹扩展速率的对比，Ａ７Ｎ０１Ｓ铝合金焊接接头裂纹扩展速率大于Ａ６Ｎ０１Ｓ焊接接头，但两者之间的差别不大。因此，Ａ６Ｎ０１Ｓ和Ａ７Ｎ０１Ｓ铝合金作为高速列车用的新型铝合金，其ＭＩＧ焊接接头能够表现处较好的抗裂纹扩展能力，具有较好的抗疲劳性能。

关键词：铝合金；焊接接头：力学性能；显微组织；疲劳裂纹扩展速率

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

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