激光-电弧复合焊接7075-t6铝合金接头的疲劳断裂特性-fatigue fracture characteristics of 7075 - t6 aluminum alloy joint by laser-arc composite welding.docx

激光-电弧复合焊接7075-T6铝合金接头的疲劳断裂特性摘要本文通过疲劳裂纹扩展速率试验、常规疲劳试验、扫描电子显微技术（SEM/EDS）、金相观察（OM）、透射电子显微技术(TEM)、电子背散射衍射技术（EBSD）及第三代上海同步辐射光源(SSRF)等先进材料研究方法，研究激光-电弧复合焊接头的疲劳、裂纹萌生与扩展的微观机制；深入分析了7075-T6铝合金激光-电弧复合焊接头的疲劳特性及断裂机理，得到如下主要结论：1、激光-电弧复合焊接高强铝合金7075-T6接头的疲劳的裂纹扩展速率为：da/dN=3.4×10-14(?K)6.022(R=0.3)，母材在应力比的R=0.3和0.1时的裂纹扩展速率分别为：da/dN=4.0×10-10(?K)2.615和da/dN=1.1×10-10(?K)2.902。2、接头和母材的da/dN曲线有交叉现象，当?K≤15.6MPa.m1/2时，接头的疲劳裂纹扩展速率小于母材，表明接头在该荷载条件下可安全服役。3、同一?K值条件下，高应力比下的疲劳裂纹扩展速率快于低应力比条件下的扩展速率；应力幅或平均应力是影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素，其次才是应力比。4、拉-拉循环（R=0.2）疲劳试验表明，在1×106循环周次下，复合焊接头的疲劳强度为124MPa，约为接头静载抗拉强度的44%。5、复合焊接头试样（包括疲劳试样和拉伸试样）普遍断裂于焊缝熔合线附近区域，未发现明显的塑性变形，经显微观察是韧-脆混合型断裂，焊接过程中产生的气孔、微小缩松等缺陷往往成为疲劳裂纹源。6、T6态7075铝合金基材的{111}110板织构组分最强，焊缝处的主要织构为{111}110板织构和{011}100高斯织构；焊缝区的晶粒取向虽然不像母材具有很明显的织构，但也表现出了一定的择优取向。7、焊接接头各不同区域都是大角度晶界占优，所占比例都在90%以上；在焊缝区和热影响区之间分布着一条宽度很窄、晶粒尺寸很小(相对于焊缝区和热影响区)的熔合线，理论判断为复合焊接头的断裂高危区。8、焊接热循环致Zn、Mg等强化元素的烧损、较严重的成分偏析及合金基体沉淀强化相(MPt)的长大与熔解是导致复合焊接头软化的主要原因。9、结合SEM/EDS、TEM、EBSD及上海同步辐射光源(SSRF)分析发现，熔合线附近区域基体沉淀强化相(MPt)的减少、较焊缝中心更为严重的成分偏析(热裂纹)以及粗细晶粒的混杂分布是接头普遍断裂于熔合线附近的主要原因。关键词：激光-电弧复合焊7075-T6铝合金疲劳断口织构同步辐射Fatiguefracturebehaviorofhybridlaserarcwelded7075-T6aluminiumjointsABSTRACTThefatigueproperties，micro-mechanismofcrackinitiationandextensionofhybridlaserarcweldedjointshavebeeninvestigatedbyusingthefatiguecrackpropagationtesting，theconventionalfatiguetesting，thescanningelectronmicrograph(SEM/EDS)，themetallographicobservation(OM)，thetransmissionelectronmicroscope(TEM)，theelectronback-scatteringpatterns(EBSD)andtheShanghaiSynchrotronRadiationFacility(SSRF)，theconclusionscomeasfollows：1、Thefatiguecrackinggrowthrateofhybridlaserarcwelded7075-T6aluminumjointsis：da/dN=3.4×10-14(?K)6.022(R=0.3)，thepropagationrateofbasemetalis：da/dN=4.0×10-10(?K)2.615（R=0.3）andda/dN=1.1×10-10(?K)2.902(R=0.1).2、Thefatiguecrackinggrowthratecurveofhybridweldedjointsintersectswiththatofbasemetal，thatistosaythefatiguecrackinggrowthrateofhybridweldedjointsislowerthanthatofbasemetalespeciallywhentheSIFrange?Kislessthan15.6MPa.m1/2，whichshowsthatthewel