6063铝合金激光焊接接头的力学性能和成形性能评估

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铝合金是移动装置轻量化设计的主要材料之一,激光焊接作为一种高效、精密、自动化的焊接工艺,将优质材料与先进工艺结合是工业发展的必然趋势,因而,铝合金激光焊接具有一定的研究价值。而焊接接头具有非均匀性,研究接头在不同应力状态下的变形情况和断裂行为是十分必要的。本文以板厚2 mm和5 mm的6063铝合金激光焊接的对接接头和T型接头为研究对象,通过金相组织、显微硬度、拉伸试验、弯曲试验、杯突试验分析焊接接头组织性能的不均匀,运用网格应变法和数字图像相关(DIC)监测对接接头不同形式拉伸过程中的应变云图,借助Hollomon硬化模型,建立母材与焊缝材料参数的数学关系,应用有限元仿真验证该种焊缝评估方法的有效性,对于T型接头,利用电测法分析其在拉伸载荷和弯曲载荷下的强度性能和断裂行为。试验表明,焊缝区出现“软化”现象,焊接接头的拉伸性能和成形性能均比母材降低,2 mm对接接头的薄弱位置是焊缝边部熔合区,5 mm对接接头的薄弱位置是焊缝中心,T型接头上熔合区比下熔合区强度高,在工程应用中要避免薄弱区域为主要承载位置。Hollomon模型能够准确拟合母材和对接接头纵向拉伸的硬化曲线,基于等应变假设,建立母材与焊缝材料参数的数学关系式,由此得焊缝真应力与试验实测值相比,误差均控制在4%以内,最后,运用有限元模拟验证了该种评估方法的有效性,为工程实际中准确获得焊缝的材料表征,有限元预测接头性能,评估接头性能和改善焊接工艺奠定了一定的理论基础。此外,网格应变法和DIC对母材和对接接头的拉伸力学行为能够详细描述,误差不超过2%。针对T型接头,应变片数据表示,横向拉伸、纵向拉伸、侧向弯曲的起裂位置均不相同,为T型接头服役期间的断裂行为提供了理论支持。
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