7003鋁合金MIG焊接接頭疲勞裂紋擴展速率研究

【摘 要】對7003鋁合金MIG焊接接頭各微區疲勞裂紋擴展速率進行研究，繪制接頭微區da/dN-ΔK曲線，結果表明：焊縫疲勞裂紋擴展速率最快，母材和熱影響區無明顯差異。

【關鍵詞】7003鋁合金；焊接接頭；疲勞裂紋擴展速率；焊縫；熱影響區；母材

7003鋁合金因其質量輕、比強度高、優異的耐腐蝕性能[1]廣泛應用于鋁合金地鐵車體焊接。車輛運行過程中，焊接接頭疲勞性能直接影響著列車運行的安全可靠性。本文旨在研究7003鋁合金MIG焊接接頭疲勞裂紋擴展速率。

1.試驗材料與方法

本試驗選用板厚為10mm的7003鋁合金板材，填充材料采用CHM-Al5356焊絲（Ф1.2mm），保護氣為99.999%Ar，焊接坡口為V型，坡口角度60°，鈍邊2mm，根部間隙為2mm，疲勞裂紋擴展速率試樣為CT試樣，分別在焊縫、熱影響區、母材取樣。疲勞裂紋擴展速率試驗參照 《GB/T6398-2000 金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法》[2]執行。

2.試驗結果與討論

將7003鋁合金焊接接頭各區域的a-N曲線置于同一坐標系中進行比較，裂紋擴展壽命由短到長分別為：焊縫、熱影響區、母材，熱影響區與母材的a-N曲線斜率差別不大，焊縫區的斜率高于其他區域（圖1）。經過雙對數處理后的da/dN-ΔK曲線如圖2所示，總體表現為疲勞裂紋擴展速率值隨應力強度因子范圍ΔK的增加而不斷增加，ΔK為控制疲勞裂紋擴展宏觀規律的主要因素。焊縫金屬在空氣介質中的疲勞裂紋擴展速率值高于其他區域，這是因為在整個接頭中焊縫是強度最低的區域，同時焊接過程中難免有氣孔、夾渣等缺陷存在，這些缺陷的存在會造成應力集中，加速疲勞裂紋擴展，故表現為在空氣中焊縫區的疲勞裂紋擴展速率最高；熱影響區和母材在空氣中的疲勞裂紋擴展速率差別不明顯。

3.結論

7003焊接接頭在空氣中各微區的疲勞裂紋擴展速率研究表明，焊縫的疲勞裂紋擴展速率最快，而母材與熱影響區裂紋擴展速率無顯著差異。

【參考文獻】

[1]劉靜安，謝水生.鋁合金材料的應用與技術開發[M].北京：冶金工業出版社，2004.

[2]GB/T6398-2000，金屬材料疲勞裂紋擴展速率試驗方法[S].