基于轮廓法测试铝合金搅拌摩擦焊内部残余应力.pdf

学兔兔 ． 试验研究 r蜉掳 基于轮廓法测试铝合金搅拌摩擦焊 内部残余应力 江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室(镇江市 212003) 刘 川 上 海 航 天 设 备 制 造 总 厂 (200245) 易 翔 摘要 采用轮廓法测试8mm厚AA6061一T6铝合金搅拌摩擦焊接头的内部纵 向残余应力。详细介绍了轮廓 法的测试过程，获得了搅拌摩擦焊接头切割面上的纵向残余应力分布全貌，分析了残余应力沿厚度变化特征。研 究结果表明，轮廓法能够获得搅拌摩擦焊接头的内部应力分布 ，测试的搅拌摩擦焊接头纵向残余应力沿横向方向 为不太明显的M形分布；在焊接区域前进侧的纵向应力大于后退侧应力，纵向残余应力沿厚度分布不均匀，峰值纵 向拉应力为 168MPa，约为母材室温屈服强度的60％，且峰值拉应力出现在焊接接头前进侧边缘距上表面5mm (62．5％ 厚度)位置。 关键词： 铝合金 搅拌摩擦焊 残余应力 轮廓法 中图分类号： TG404 感等特点H ，可获得测试件整个截面上的应力分布全 0 前 言 貌。该方法已用于测试不同搅拌摩擦加工的内部应 搅拌摩擦焊技术是一种高效节能、环保和工艺较 力，如3．18mm厚的铝合金搅拌摩擦焊接头应力 ¨、 简单的固态材料连接技术。它非常适合焊接传统熔化 6．5mm厚镁合金板搅拌摩擦加工的内部应力_1，以及 焊技术难焊的高强铝合金等材料 J，该技术在航天航 25．4mm厚异种铝合金搅拌摩擦焊接头内部应力_1。 空工业中得到了广泛应用 J。不过，搅拌摩擦焊和熔 采用轮廓法测试 8mm厚AA6061一T6铝合金搅 化焊一样会在接头内部产生焊接残余应力，残余应力 拌摩擦焊的内部纵向应力，详细介绍测试过程，并分析 会显著影响焊接结构的疲劳性能和服役寿命。因此， 内部纵向应力沿厚度变化特征。 搅拌摩擦焊接头残余应力分布特征受到广泛关 1 试验材料 注 。Xuw F等人 采用小孔法测试 12mm厚铝 合金搅拌摩擦焊接残余应力，结果表明，上表面的残余 两块尺寸为 135mmX270mmX8mm 的AA6061 应力呈现 M形分布，而下表面残余应力为V形分布， 一 T6铝合金板通过搅拌摩擦焊连接在一起。焊后试件 这说明搅拌摩擦焊接头的残余应力沿厚度分布不均 尺寸见图1。焊接速度为250mm／min，搅拌头旋转速 匀。因此有必要深入研究搅拌摩擦焊接头的内部应力 度为500r／rain；搅拌头的搅拌针直径为6mm，轴肩直 分布特征。 径为20mm。 试验测试是直接获得搅拌摩擦焊接头应力的方 法。切条法 、钻孔法 和衍射法 已用于测试搅 拌摩擦焊接头的表层应力分布。但搅拌摩擦焊接头内 部应力难以测试，特别是较薄的焊接件其 内部应力更 难测试。人们不断探索新的方法以获得焊接接头内部 应力分布，如：亚敏等人 结合云纹干涉法和阶梯钻孔 法研究了搅拌摩擦焊接头残余应力沿深度分布特点。 轮廓法是一种相对较新的破坏性残余应力坝、0试技 术 ，它具有测试方法简单、经济实用，对微观组织不敏 收稿 日期：2012—12—12 基金项 目：江苏科技大学科研启动项 目。 图1 焊接试件尺寸示意图 2013年第7期 19 学兔兔 学兔兔