7003铝合金MIG焊接接头疲劳裂纹扩展速率研究

【摘 要】对7003铝合金MIG焊接接头各微区疲劳裂纹扩展速率进行研究，绘制接头微区da/dN-ΔK曲线，结果表明：焊缝疲劳裂纹扩展速率最快，母材和热影响区无明显差异。

【关键词】7003铝合金；焊接接头；疲劳裂纹扩展速率；焊缝；热影响区；母材

7003铝合金因其质量轻、比强度高、优异的耐腐蚀性能[1]广泛应用于铝合金地铁车体焊接。车辆运行过程中，焊接接头疲劳性能直接影响着列车运行的安全可靠性。本文旨在研究7003铝合金MIG焊接接头疲劳裂纹扩展速率。

1.试验材料与方法

本试验选用板厚为10mm的7003铝合金板材，填充材料采用CHM-Al5356焊丝（Ф1.2mm），保护气为99.999%Ar，焊接坡口为V型，坡口角度60°，钝边2mm，根部间隙为2mm，疲劳裂纹扩展速率试样为CT试样，分别在焊缝、热影响区、母材取样。疲劳裂纹扩展速率试验参照 《GB/T6398-2000 金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法》[2]执行。

2.试验结果与讨论

将7003铝合金焊接接头各区域的a-N曲线置于同一坐标系中进行比较，裂纹扩展寿命由短到长分别为：焊缝、热影响区、母材，热影响区与母材的a-N曲线斜率差别不大，焊缝区的斜率高于其他区域（图1）。经过双对数处理后的da/dN-ΔK曲线如图2所示，总体表现为疲劳裂纹扩展速率值随应力强度因子范围ΔK的增加而不断增加，ΔK为控制疲劳裂纹扩展宏观规律的主要因素。焊缝金属在空气介质中的疲劳裂纹扩展速率值高于其他区域，这是因为在整个接头中焊缝是强度最低的区域，同时焊接过程中难免有气孔、夹渣等缺陷存在，这些缺陷的存在会造成应力集中，加速疲劳裂纹扩展，故表现为在空气中焊缝区的疲劳裂纹扩展速率最高；热影响区和母材在空气中的疲劳裂纹扩展速率差别不明显。

3.结论

7003焊接接头在空气中各微区的疲劳裂纹扩展速率研究表明，焊缝的疲劳裂纹扩展速率最快，而母材与热影响区裂纹扩展速率无显著差异。

【参考文献】

[1]刘静安，谢水生.铝合金材料的应用与技术开发[M].北京：冶金工业出版社，2004.

[2]GB/T6398-2000，金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法[S].