第35卷第11期 2014年11月
焊接学报
TRANSACTIONS OFTHE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.35No.11 November2014
气孔对铝合金焊接接头超长疲劳寿命的影响
何超，翟任明，刘永杰，王清远
四川大学能源工程安全与灾害力学教育部重点实验室，成都610065
摘要：采用超声疲劳试验方法对铝合金5052-H32焊接接头进行疲劳试验，研究其在超长寿命区间（10°~10周次)的疲劳强度及失效机理。结果表明，相同疲劳寿命下焊接接头疲劳强度较母材下降了73.3%，在超高周疲劳区间仍然会发生疲劳破坏：断口观察发现焊接缺陷（气孔）是诱发疲劳裂纹萌生的主要原因。为揭示焊接缺陷对焊接接头疲劳裂纹萌生及扩展的影响，采用有限元技术分析了气孔对应力集中系数和裂纹尖端应力强度因子的影响，最后讨论了焊接缺陷对疲劳寿命的影响机制及裂纹扩展特性
关键词：焊接接头：铝合金：超高周疲劳：气孔：应力强度因子
中图分类号：0346.2：TG405 0序言
文献标识码：A
许多工程结构和机械部件（车轴、近海平台、桥梁等）在其服役期内往往承受超过1×10周次循环载荷的作用11，而焊接接头作为结构件广泛使用的连接方式，由于其力学性能和组织的不均勾性经常发生疲劳失效现象，成为结构使用过程中的疲劳危险点2}.因而常规疲劳试验(小于1×10°周次所获得的疲劳极限、疲劳强度等材料参数通常不能进行推广应用于低应力作用下的超长寿命疲劳设计因此.研究焊接接头超高周疲劳行为（1×10°~1× 10”周次）对于材料的安全使用具有重要意义
超声疲劳试验系统的发展使材料的超高疲劳行
为研究成为热点，对高强度钢、钛合金以及铝合金的研究发现[3.4]，通常材料不存在传统疲劳极限，低应力循环荷载作用下同样会发生疲劳破坏．对于焊接接头的超高周疲劳问题，方冬慧等人3]发现桥梁钢焊接接头的超高周疲劳性能远低于母材；Yin等人“发现超长寿命区间内低合金钢焊接接头存在疲劳极限，超声冲击处理可以明显改善焊接接头的疲劳性能；Zhu等人研究了高温下焊接接头的超高周疲劳行为，发现基体软化、表面氧化和残余应力是导致疲劳裂纹萌生的主要原因，自前已有的研究发现焊接接头疲劳性能降低主要由内部焊接缺陷所致，但缺陷（如气孔、微裂等）对疲劳裂纹萌生及扩
展机理的详细阐述仍不明确，收稿日期：2013-04-24
基金项目：国家自然科学基金资助项目（10772125；10372064）
文章编号：0253360X(2014)11001805
文中将对5052铝合金焊接接头的超高周疲劳
寿命进行试验研究探究其在低应力循环作用下的疲劳失效机理；利用有限元分析了气孔对孔边应力集中系统和裂纹尖端应力强度因子的影响，进而讨论焊接缺陷诱发疲劳裂纹萌生的机制及裂纹扩展特性
1试验方法
采用材料为铝合金5052H32，力学性能及化学组成成分如表1和表2所示.采用钨极氩弧焊方法将两块厚度为5mm的平板进行对接，试样由对接平板焊缝处利用电火花线切割加工得到（图1a），共振疲劳试验要求试样轴向一阶固有频率与系统相同（20kHz），为此试样几何尺寸必须进行严格的计算，为减小圆弧根部的应力集中效应，试样中间加入6 mm的等截面段，具体尺寸如图1b所示，采用砂纸由粗到细对试样表面逐级进行打磨，去除焊接余高，消除表面几何条件不均匀性对疲劳性能的影响，并且最后进行电解抛光，减少表面缺陷对疲劳裂纹萌生的影响，
表150%铝合金力学性能
Table 1Mechanical properties of 5052-H32 alumi ium
alloy
弹性模量 E/GPa 70.3
届服强度 Ra./MPa
195
抗拉强度 R,/MPa
223
维氏硬度 FdIN/AHH
64
断后伸长率 A(%)
12