文档介绍：硕士学位论文
(工程硕士)
铝合金焊接热裂纹敏感性
高灵敏度检测技术研究
RESEARCH ON DETECTING TECHNIQUE
OF ALUMINUM ALLOY WELDING HOT
CRACKING
左跃
哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号:TG404 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工程硕士学位论文
铝合金焊接热裂纹敏感性
高灵敏度检测技术研究
硕士研究生: 左跃
导师: 刘雪松副教授
申请学位: 工程硕士
学科: 材料工程
所在单位: 哈尔滨工业大学
答辩日期: 2011 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: TG404
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Dissertation for the Master Degree in Engineering
RESEARCH ON DETECTING TECHNIQUE
OF ALUMINUM ALLOY WELDING HOT
CRACKING
Candidate: Zuo Yue
Supervisor: Prof. Liu Xuesong
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Materials Engineering
Affiliation: Harbin Institute of Technology
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
摘要
随着近年来我国高速铁路事业的快速发展,如何在保证列车安全性能不
受影响的前提下,有效的降低车体重量成为亟待解决的难题。在高速列车车
体材料的研制和生产过程中,部分国产材料存在焊接热裂纹敏感性较大的问
题。传统焊接热裂纹检测方法效率低下,人为因素干扰较大。本课题通过研
制一种专用的焊接热裂纹敏感性检测技术及设备,对相关材料的焊接热裂纹
敏感性进行了快速准确的检测和评判。
本文总结了现有检测方法的特点与不足,研制出一套新的焊接热裂纹检
测设备。该设备能够将不同材料间微小的热裂倾向差异放大,高效、准确、
快速地检测各种材料的热裂纹倾向。
材料在脆性温度区间的应变速率大小是焊接热裂纹产生的重要影响因
素。由于不同加载速度下对应的应变速率不易直接测得,本课题通过有限元
模拟的方法,建立了不同加载速度与应变速率的对应关系,从而可以用加载
速度代替应变速率作为结果分析的参量。
利用研制出的检测装置对三种 6N01 铝合金试验材料(Jk,N7,K4)
进行了焊接热裂纹敏感性测试。结果显示,在高加载速度下,单纯依靠传统
评定方法中的裂纹数量和长度来评判试件的开裂程度具有一定局限性。针对
这一问题,本文在传统评定方法的基础上加入裂纹宽度和开裂面积占熔池比
例这两组数据对材料的开裂程度进行综合评定。采用此评定方法分析得出,
在三种试验材料中,日本产 Jk 材料在各加载速度下均表现出最小的热裂倾
向,国产 N7 材料热裂倾向居中,而国产 K4 材料热裂倾向最大。在焊丝与
母材匹配性实验中,5356 和 4047 焊丝相比于 4043 和纯铝焊丝,有效的减
小了三种材料的开裂倾向。
材料中合金元素含量及分布状态的不同是导致其焊接热裂纹敏感性差异
的根本原因。微观组织观察表明,Mg2Si 作为 6N01 铝合金主要的强化相,
在快速热循环过程中会在局部与基体相发生共晶反应,从而形成液膜,在拉
伸应变作用下易发生晶界分离而导致热裂纹的产生。而 Fe,Cr 等元素会与
Al,Si 形成粗大的杂质相,引起局部应力集中,导致材料塑性下降。若填
充金属能够将焊缝中合金化学计量比保持在一定范围内,则可以在焊缝凝固
过程中提高其内部金属的流动性从而减少热裂纹产生的倾向。
-I-
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
关键词:6N01 铝合金;焊接热裂纹;检测技术;有限元法
-II-
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
Abstra