铝合金材料焊接接头断裂行为研究

陈文祥

（武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065）

近年来，随着工业及制造业的蓬勃发展，汽车、火车、飞机等现代交通工具也逐渐进入大众视野和生活当中，人们的生活水平不断提高的同时，对交通出行的各方面要求也在不断增加。其中汽车行业便是增长最快的行业之一，然而，面对能源紧张的问题，在现代工业生产过程中，机械设备轻量化已经逐渐成为重点发展环节，铝合金材料因其综合性能的特点，如高强度及延伸性好等，逐渐成为汽车制造行业中的重要材料，除了节约成本之外，还能够大幅度减少材料的消耗，减轻结构重量，有效提升经济效益，也极大的推动了铝合金材料及焊接技术工艺的快速发展。

1 铝合金焊接接头表征的作用

在汽车工业生产过程中，质量安全是非常重要的部分，也是社会重点关注的问题，在汽车工艺设计生产过程中，要充分权衡车体的整体重量以及安全性。首先需要保障车身结构具备静态材料力学性能。而焊接工艺技术对保障整个结构安全性有着重要的作用，在实际焊接过程当中，存在一些缺陷，如焊接热裂纹、不透彻等将会严重影响汽车材质的安全。此外，焊接工艺技术和方法、材料性能差异性也是其中重要的影响因素，传统力学性能表征不能精确描述不均匀，因此，进一步探索新材料的表征特性，能够描述材料产生的不均匀性。

2 断裂机制及研究现状

2.1 绝热剪切带产生机理及内部关系

通常情况下，金属材料受到高速冲击，会导致塑性变形，薄弱环节局部变形会导致绝热剪切带逐渐形成，便会产生以下结果：首先，塑性变形会出现加工硬化的情况，再者，在加工过程中会出现大量的热量，快速升温，将会导致材料逐渐软化，该区域便会逐渐变软，塑性扩展变形会逐渐形成绝热剪切带。局部化剪切变形的发展过程是极为短暂的，这些因素之间相互影响，局部化变形之后，是一个软化的过程，温度升高的情况下会导致热软化，在不断变形过程中，材料的承载能力也会下降，材料软化会出现微裂纹。

2.2 韧窝断裂和剪切断裂

金属韧性断裂主要分为韧窝断裂与剪切断裂模式，材料韧窝通常情况下主要是由扩张以及汇合导致，材料剪切面出现开裂。可以将其认为是细观剪切面逐渐形成的细观剪切变形，主要的方式便是晶体间的结合脱离与局部应力作用从而致使破碎，晶体间出现不协调导致晶体互相脱离，形成空穴[1]。

其中主要的组成部分便是第二相粒子以及基体，材料当中的第二相粒子塑性相对较差，两者之间有着一定的差别，如弹性模量不同。在外界作用的影响，基体逐渐变形，其形态也会发生变化，孔洞形核后长大，在变形过程中，孔洞的实际增长相对比较缓慢，且会出现新孔洞形核，孔洞间的变形主要由局部决定，且孔洞间韧带断裂也会导致孔洞连接，断裂便逐渐产生，断裂也会通过孔洞的裂纹聚合进行。

3 铝合金材料焊接接头断裂行为研究

3.1 试验方法

试样抛光，因为试验需要，需要对试样进行全面的观察，常用的抛光方法有电解抛光、机械抛光以及化学抛光，每种方面都有各自的优点和缺点，且并不适用范围也有所不同。

机械抛光主要是对不同的金属材料适应性特点较长使用的方法，对相关工作人员有着较高的要求，不同材料在实际操作过程中具体流程规范也会不同，通常应用在非常硬的金属材料中，抛光效果较差[2]。

电解抛光是通过电化学对金相磨面，保障平整光洁，通常情况下，常被应用于硬度比较低的金属材质，抛光效果优于机械抛光。不仅能够节省时间，且能够节省材料，效果相对稳定。化学抛光在实际操作过程中，不会出现变形层，一般适合软质的材料，整个操作流程相对简单，且对整个尺寸无特别要求，但是成本相对较高，消耗较大。根据铝合金自身的特点，采用电解抛光法进行抛光是非常适合的，机械抛光很容易会出现变形层，对抛光质量产生很大的影响。抛光时间为1分钟到1.5分钟左右，用水进行加热，温度在70℃至90℃之间，电流的密度在1A至2A。

3.2 试验结果与讨论

通过观察，能够发现变形主要是集中于到头两侧区域，中间区域晶粒并未发生变化，应力主要集中刀头两侧晶粒，首先出现滑移带，晶粒表面存在较少的滑移带，且滑移带方向与加载方向相同，切应变逐渐增加，滑移带数量逐渐增多，加载方向逐渐产生微裂纹，两条裂缝方向和加载方向一致，主要是因为晶粒形成[3]。动载环境下，局部剪切带的发展时间非常短暂，通常认为剪切变形带产生是克服其他条件的结果。材料软化过程中，温度会逐渐升高，导致出现热软化，材料软化主要表现在微裂纹或者是孔洞的形成、连接，剪切变形带主要是在非常窄的剪切面形成。剪切变形带软化通常是因裂纹导致产生的。滑移带数量不断增多的同时，晶粒加载方向也会逐渐被拉长，在不断发展过程中，便能够看到比较粗的滑移带形成，应变逐渐增大，晶粒样貌也会发生变化，晶体便会出现塑性变形，滑移带大致方向与之接近。

热影响区加载过程当中，在热影响区晶粒会受到焊接产生的热量影响，基体会发生分解，组织便会受到很大的影响。试样变形通常主要集中于刀头两侧区域，在远离刀头的区域没有显著的变化，与母材变化状况是相同的。切应变为金相组织，能够看到较少的滑移线，并有少量皱褶出现，切应变不断增大的时候，滑移线也会逐渐增加，皱褶也会不断增多，形变逐渐增加。应变继续增大的情况下，变形也会越来越严重。继续加载，就会导致断裂。

4 结语

近年来，随着经济不断的发展，各行各业也得到了蓬勃的发展，人们对于能源的需求也在不断增加，铝合金材料因其自身存在的优点和特性，被广泛应用于汽车、航空等领域生产当中，对工业生产有着重要的影响。当前，在焊接工艺当中虽然存在一些问题，只要坚持不懈的努力和探索，便能够提升铝合金材料的性能和特质，更好的服务于工业生产活动。