分析5e83铝合金tig焊接头残余应力分布研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com俘掳生产应用5E83铝合金TIG焊接头残余应力分布研究北京工业大学材料科学与工程学院(100124)李庆庆李晓延杨东霞兖文涛摘要采用x射线衍射法对5E83铝合金TIG对接焊接接头进行表面残余应力测试，获得了焊接接头表面残余应力分布。对应力测试结果进行了处理，分析了对接接头残余应力分布的规律及影响铝合金焊接接头x射线残余应力测试的因素，探讨了残余应力的存在对接头性能的影响。结果表明，在接头纵截面上存在纵向应力及横向应力稳定区，纵向及横向应力最大值分别为69MPa和

2、125MPa。接头横截面上，仅在焊缝及靠近焊缝区域存在拉应力，远离焊缝的区域处于压应力状态。关键词：铝合金焊接残余应力X射线中图分类号：TG454通过x射线衍射测出，根据弹性力学可以求出宏观应0前言变，进而得出宏观应力。5E83铝合金具有良好的塑性加工性、焊接性及耐对于多晶体材料，当受到宏观应力时，不同晶粒的腐蚀性，广泛应用于航空航天、汽车及船舶制造领同族晶面面间距随晶面方位及应力大小发生规律性的域⋯。变化。可以认为，某方位面间距相对于无应力时的变铝合金在加工和使用过程中，都无法避免残余应化，反映

3、了由应力所造成的面法线方向上的弹性应变。力的产生。其中焊接作为铝合金结构制造的关键工艺面间距随方位的变化率与作用应力之间存在一定的函之一，焊接过程中不均匀的温度分布、焊缝金属热胀冷数关系，残余应力的测试正是通过建立应力与空问某缩及相变等因素必然导致焊接残余应力的产生。残余方位上的应变之间的关系来完成的，式(1)为应力计算应力的存在直接影响铝合金焊接结构件的力学性能、公式。疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性与使用寿命。or=K·M因此，迫切需要准确评价铝合金焊接构件残余应力分K=cot6}0(1)

4、布。目前，残余应力的测试方法主要分为有损检测和M：_拿无损检测两大类。有损检测以机械方法为主，包括盲0(sin)孔法、环芯法、切条法、切槽法等。无损检测的方法主式中：为测试应力的方向；为被测晶面法向与试样要有x射线衍射法、中子衍射法、磁性法和超声波法。表面法向之间的夹角；20。为无应力状态下的衍射角；其中，x射线衍射法因其理论推导严谨，测试结果可2为实际测试的衍射角；K为x射线应力常数，取决靠，已被广泛应用于科学研究和工业生产的各个领域于测试晶面{hkl}的弹性模量E、泊松比和衍射角中J。采用x射

5、线衍射法对5E83铝合金TIG对接焊2；为最小二乘法拟合得到的2一sin直线的斜接头表面残余应力进行测试，并分析其分布规律。率。1X射线应力测试原理与方法2残余应力测试方法2．1试样准备x射线应力测试的基本思路是一定应力状态引起采用两块尺寸200mm×100mm×1．35mm的材料的晶格应变和宏观应变是一致的。晶格应变可以5E83铝合金板材及5E83焊丝，TIG焊工艺参数为：焊收稿日期：2013—03—19接电流85A，焊接速度35cm／min，送丝速度85cm／222013年第4期学兔兔www.

6、xuetutu.commin。板材间无间隙对接，两板均采用夹具固定，装夹焊缝区域应力变化较大，所以靠近焊缝中心A—A截面形式如图1所示。5E83铝合金板材化学成分及力学性的两测点间距均设为5mm，外侧测点间距设为10mm。能见表1和表2。焊后正面焊缝宽度约7mm，反面焊每个测点位置均在平行于焊缝的方向和垂直焊缝的方缝宽度约6mm。向进行应力测试，焊缝区测点表面经过电解抛光处理(乙醇：乙二醇单丁醚：高氯酸=7：1：2)。平行焊缝截夹具面和垂直焊缝截面上分别有23个和19个测点，截面试板位置和测点分布

7、坐标如图2所示。《∞图1焊接时试样装夹示意图表15E83铝合金的化学成分(质量分数。％)}焊接起点2{-三：C一．．．．．．黼：：●：：IC屈服强度RL／MPa抗拉强度R／MPa断后伸长率A(％)DD28037014；●●●●●●●●●■—一焊接终点2．2测试设备、测试参数及测试方案测试设备为加拿大Proto公司生产的iXRD应力fl测试仪。测试方法为双探测器固定。法(。为射线与试样表面法线之间的夹角)，设备通过改变射线入射方向与试样法线之间夹角来获得不同倾角的晶面图2表面测点分布示意图间距。3残

8、余应力测试结果及分析选择铝合金{311}晶面作为被测晶面，弹性模量E“=6．9X10N／mm，泊松比=0．35，衍射角20=3．1焊缝中心A—A截面上应力分布139．0。。选择Cr靶，靶材测试电压20kV、电流4mA，图3为焊缝中心A—A截面上纵向应力与横向应背底电压9kV、电流4mA。位置±28。，±20．5。，力分布规律，每个方向的试验均选择3。与5。摇摆角测-I-16．21。，±8．71。，4-0．31。，0。。选用直径2mm的圆试两次，其它测试参数为准直器直径2mm、计数时