高速列车铝合金熔焊接头疲劳开裂同步辐射成像与表征

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1、万方数据闯t勾聊鹕：T扔口砷密级：竹西南交通大学研究生学位论文高速列车铝合金熔焊接头疲劳开裂同步辐射成像及表征年级2Q12级姓名睑猩申请学位级别亟±专业载运王县运旦王猩指导老师瑟里堡塾拯吴圣JII副研究员丞尘刖巨』盟扛；霎二零一五年五月十七El万方数据‰s倒c形勘：佗渺’专lUllIIIIIIIlUlUUIY2814507SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisIMAGINGANDCHARACTER【ZATIONOFR气TIGUECRACKINGIN

2、FUSIONWELDEDALALLOYSUSEDINHIGH—SPEEDTRAINBYSYNCHROTRONRADIATIONX．RAYMICROTOMOGRAPHYGrade：Candidate：AcademicDegreeAppliedfor：Speciality：Supervisor：2012ChengYuMaster’SDegreeVehicleOperationEngineeringWeihuaZhangShengchuanWuMay17，2015万方数据西南交通大学学位论文版权使用授权书

3、本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密√使用本授权书。(请在以上方框内打“、／”)靴敝储懿：伊指髓师摊：日期：加址，岁，加日期弘f，．夕．2．0万方数据西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做

4、的主要工作或贡献如下：1．利用同步辐射X射线成像技术对激光复合焊7020．T65l铝合金接头内部气孔及其引起的角裂纹萌生和扩展过程进行了成像及表征，获得了接头内部气孔的三维分布特征和疲劳裂纹萌生和演化过程；2．基于上述实验结果，对该熔焊接头的裂纹稳定扩展过程进行了有限元模拟，对裂纹扩展材料常数和三维断裂韧度进行了估计，为进行更加可靠的抗疲劳断裂评估提供了重要参考数据。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已

5、经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：加7主，皇．)矽万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第l页摘要针对高速列车用激光复合焊7020．T651铝合金接头的疲劳开裂机制问题，本文利用同步辐射X射线三维成像技术对熔焊气孔及其引起的疲劳裂纹萌生和扩展特性进行了原位成像及表征研究，并采用有限元方法对熔焊接头的裂纹扩展材料常数(等效C和n)矛n--维断裂韧度进行了估算及讨论。通过对

6、气孔的等效直径、圆整度及气孔重心至自由表面的距离等三维特征参数进行统计分析与拟合，结果显示：(1)铝合金熔焊微气孔主要是圆整度在0．65以上的近球形冶金型氢气孔，于焊缝中心两侧呈近似对称分布；(2)焊缝上部气孔数量较少但尺寸较大，下部及熔合线附近气孔数量较多但尺寸较小；(3)等效直径小于209m的气孔，在接头上部和下部气孔中占比分别高达65％和85％，少见100pm以上的大尺寸气孔；(4)由于铝合金熔池的下塌和快速冷却，残留于枝晶网络间液相导致焊缝下部形成垂直于焊缝且层叠分布的形状复杂的热裂纹，气孔

7、之间以及气孔和热裂纹之间存在着连通现象，使得下部微气孔的圆整度平均值较小。多个裂纹萌生于铝合金熔焊接头表面或近表面的气孔，但只有一条或少数几条裂纹继续扩展成规则的形貌，呈现典型的低周疲劳特性；稳定扩展阶段裂纹前缘受晶界和气孔等微观组织影响呈现局部的不规则现象，但总体上仍保持相对规则的形貌；疲劳裂纹稳定扩展阶段寿命仅占到疲劳总寿命的比例不小于30％，某些试样甚至高达50％；采用基于等效厚度概念建立起来的裂纹扩展速率模型和三维有限元法(奇异单元)对疲劳裂纹形貌的预测与实验结果吻合较好，估算得到的裂纹扩展

8、材料常数分别为Cefr=4．5x10’’7和Neff=5．4；利用试样发生破坏前的最后一次观测获得的裂纹和真实断裂载荷，估计得到三维断裂韧度约为12．5MPa·m¨2。熔焊气孔的三维特征及其分布规律可以为有针对性的改进焊接工艺和提升其服役性能提供重要参考，疲劳裂纹萌生和扩展的三维形貌及其演化规律为更加精确地进行铝合金焊接接头疲劳断裂评估提供了重要数据支撑。关键词：疲劳裂纹：同步辐射X射线成像；断裂韧度；铝合金；激光焊接万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页Ab