6063鋁合金T型焊接接頭的變形及損傷行為.pdf

1、鋁合金汽車車身的輕量化是節(jié)能環(huán)保型汽車的發(fā)展方向，開發(fā)鋁合金新材料，研究鋁合金材料的可焊性，分析鋁合金焊接接頭力學(xué)性能及其變化的規(guī)律是研究的熱點問題。角焊縫是焊接結(jié)構(gòu)的主要連接形式之一，在鋁車身框架結(jié)構(gòu)的連接中由角焊縫組成的T型焊接接頭已得到廣泛應(yīng)用，但其組織、性能和受力狀態(tài)的復(fù)雜性影響著整個車身框架結(jié)構(gòu)的性能。圍繞上述問題，通過力學(xué)性能試驗、微觀斷口觀察與有限元模擬相結(jié)合的方法，對6063鋁合金單面角焊縫T型接頭的變形及損傷行為進行了

2、研究： 首先，考慮到擠壓材料的各向異性效應(yīng)，對6063鋁合金型材與擠壓方向成不同角度方向上的材料力學(xué)性能進行了表征，結(jié)果表明：擠壓方向?qū)︿X合金材料的各向異性影響較小，為后續(xù)試驗的取樣方式及有限元模擬提供必要的理論依據(jù)。通過拉伸和剪切試驗對鋁合金母材進行力學(xué)性能表征。宏觀試驗結(jié)果表明：平板拉伸時的斷裂應(yīng)變大于缺口拉伸時的斷裂應(yīng)變，而平板拉伸時的屈服應(yīng)力小于缺口拉伸時的屈服應(yīng)力，在剪切時材料的剪切斷裂應(yīng)變遠(yuǎn)大于平板拉伸時的斷裂應(yīng)變。

3、通過斷口觀察發(fā)現(xiàn)：隨著三向應(yīng)力度的增大，韌窩斷裂機制增加，剪切斷裂機制減小。拉伸斷口主要以韌窩為主，而剪切斷口是以大型剪切韌窩和剪切面為主。有限元模擬時，損傷模型的選擇要考慮三向應(yīng)力度的影響。另外，模擬時的損傷參數(shù)對網(wǎng)格尺寸敏感。 其次，通過雙孔微剪切試驗對鋁合金T型接頭局部材料力學(xué)性能進行表征。采用TIG焊制備出試驗用鋁合金T型接頭，由于接頭各微區(qū)組織和力學(xué)性能存在較大差別，利用金相試驗和雙孔微剪切法分別對T型接頭的立板和底板

4、各微區(qū)的寬度進行測定以及材料性能進行表征，結(jié)果表明：雙孔微剪切裝置能較好地測定T型接頭的局部材料力學(xué)性能，其重復(fù)性試驗結(jié)果的最大誤差值為1．07％，并且制樣簡單，試驗精度較高；利用有限元反推法與試驗相結(jié)合，獲得接頭各微區(qū)的力學(xué)性能參數(shù)及Johnson—cook損傷模型參數(shù)，為T型接頭力學(xué)性能試驗的有限元模擬提供建模的依據(jù)。 最后，通過三維實體造型軟件Solidworks設(shè)計出實現(xiàn)T型接頭不同角度拉伸試驗的試樣及夾具，并進行拉伸試

5、驗和斷口觀察，結(jié)果表明：除0度拉伸曲線以外，其它的四條曲線在塑性變形過程中出現(xiàn)了一個“小平臺”，即隨著位移量的增加試樣所承受的載荷出現(xiàn)上升的現(xiàn)象，這是由于在焊接過程中產(chǎn)生的薄弱環(huán)節(jié)和局部缺陷的影響造成的。T型接頭拉伸斷口觀察表明：試樣的宏觀斷裂主要發(fā)生在T型接頭立板的軟化區(qū)，但是由于材料力學(xué)性能的不均勻性導(dǎo)致微觀斷口存在明顯差別。T型焊接接頭在0度、30度、45度和60度拉伸時，都經(jīng)歷拉伸—彎曲—斷裂的過程，斷口主要由脆性斷裂小面和韌窩

6、組成。其中，在60度拉伸時由于彎曲形成撕裂，斷口上存在大量撕裂的韌窩。T型焊接接頭在90度拉伸時，沒有經(jīng)歷彎曲的過程，斷口上除了一小部分脆性斷裂小面以外，主要分布著大量的韌窩，屬于正斷型斷裂。加入G—T—N損傷模型對T型接頭在不同應(yīng)力狀態(tài)下的損傷行為進行了有限元模擬分析，結(jié)果表明：模擬與試驗曲線吻合的較好，T型接頭的損傷演化及失效行為與試驗結(jié)果一致，G—T—N損傷模型能夠很好的模擬T型接頭在不同應(yīng)力狀態(tài)下的損傷行為；隨著焊縫相對寬度的增