激光复合焊接7020铝合金的疲劳性能及损伤行为 
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Fatigue Property and Fracture Behavior of 7020 Aluminum Alloys Welded by Laser-MIG Hybrid Welding
1 西南交通大学牵引动力国家重点实验室， 四川 成都 610031
2 中国科学院上海应用物理研究所上海同步辐射光源， 上海 201204
3 中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置， 北京 100049
图 & 表
图 1. 试样尺寸与试验原理图
Fig. 1. Specimen dimension and test schematic
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图 2. 复合焊接头各区域微观织构与晶粒尺寸分布。(a)焊缝;(b)细晶区;(c)母材
Fig. 2. Microstructure and grain diameter distribution in different zones of hybrid welded joints. (a) Weld zone; (b) fine grain zone; (c) as-received base metal
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图 3. 复合焊接头Zn面分布和Mg线分布
Fig. 3. Zn plane-distribution and Mg line-distribution of hybrid welded joint
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图 4. 室温拉伸应力-应变曲线
Fig. 4. Stress-strain curves at room temperature
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图 6. 疲劳裂纹的演变过程
Fig. 6. Evolution of fatigue cracks
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图 7. 疲劳裂纹的扩展路径
Fig. 7. Extension paths of fatigue cracks
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图 8. 3组复合焊接头的疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子幅间的关系
Fig. 8. Relationship between fatigue crack growth rate and stress intensity factor range for three groups of hybrid welded joints
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图 9. 复合焊接头三维气孔分布
Fig. 9. Three-dimensional pore distribution of hybrid welded joints
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图 10. 复合焊接头疲劳断口形貌。(a)宏观形貌;(b)疲劳源区;(c)稳定扩展区的疲劳辉纹;(d)瞬断区
Fig. 10. Fracture morphology of hybrid welded joints. (a) Overall morphology; (b) fracture origin; (c) fatigue striation in crack extension region; (d) rupture region
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图 11. 施加载荷和边界条件示意图
Fig. 11. Schematic of loading and boundary conditions
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图 12. N=77300循环周次时的应力分布。(a)裂纹尖端的理论应力分布[29];(b) 裂纹尖端应力分布;(c)裂纹与气孔周围应力分布;(d)裂纹周围应力分布
Fig. 12. Stress distributions when N is 77300 cycles. (a) Theoretical stress distribution of crack tip[29]; (b) stress distribution around crack tip; (c) stress distribution around crack and pores; (d) stress distribution around crack
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表 17020-T651铝合金和ER5356焊丝的化学组成(质量分数,%)
Table1. Chemical compositions of 7020-T651 aluminum alloy and ER5356 filler (mass fraction, %)
| Material | Zn | Mg | Cu | Fe | Si | Mn | Cr | Ti | Zr |
|---|
| 7020-T651 aluminum alloy | 4.22 | 1.21 | 0.10 | 0.20 | 0.06 | 0.14 | 0.16 | 0.05 | 0.13 | | ER5356 wire | 0.10 | 4.80 | 0.10 | 0.40 | 0.25 | 0.15 | 0.10 | 0.12 | - |
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表 2激光-MIG复合焊接工艺参数
Table2. Process parameters for hybrid laser-MIG hybrid welding
| Parameter | Laserpower /kW | Weldingcurrent /A | Welding speed /(m·min-1) | Filler feedingspeed /(m·min-1) | Argon gas flow /(m3·h-1) | Laser-fillerdistance /mm | Defocusing /mm |
|---|
| Value | 3.0 | 100 | 6.0 | 5.9 | 1.5 | 3 | 0 |
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表 3疲劳性能参数
Table3. Fatigue parameters
| Material | m | 50% survival rate | 95% survival rate |
|---|
| Cm | Δσm /MPa | Ck | Δσk /MPa |
|---|
| 7020 aluminum alloy | 11.38 | 1.39×1031 | 152.25 | 3.18×1030 | 133.78 | | Welded joint | 9.26 | 4.63×1024 | 96.13 | 3.28×1023 | 72.23 |
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胡雅楠, 吴圣川, 宋哲, 付亚楠, 袁清习. 激光复合焊接7020铝合金的疲劳性能及损伤行为[J]. 中国激光, 2018, 45(3): 0302003. Hu Yanan, Wu Shengchuan, Song Zhe, Fu Yanan, Yuan qingxi. Fatigue Property and Fracture Behavior of 7020 Aluminum Alloys Welded by Laser-MIG Hybrid Welding[J]. Chinese Journal of Lasers, 2018, 45(3): 0302003.
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