5E83铝合金TIG焊接头残余应力分布研究 .pdfVIP

学兔兔 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69 MPa和125 MPa。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) 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。 1 X射线应力测试原理与方法 2 残余应力测试方法 x射线应力测试的基本思路是一定应力状态引起 2．1 试样准备 材料的晶格应变和宏观应变是一致的。晶格应变可以 采用两块尺寸200 mm×100 mm×1．35 mm的 5