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纳米压痕仪NHT³ | 焊接的应力应变研究_乐鱼全站APP - 官网登录
点击量: 241     作者: 乐鱼全站APP     时间: 2022-08-05 00:41:19

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焊接质量通常为经由过程焊缝质量黑白来做评定,而焊缝质量取决在所焊接的物体、焊接填充物和所选用的焊接工艺和参数。为了更好地去优化和改良焊接工艺,对焊缝和其热影响区进行力学机能表征是极为成心义的。

对局部弹塑性特征的爱好致使了一种新检测手艺的成长,该手艺利用球形压头对焊缝和其热影响区进行局部应力应变机能表征,加载时代利用振动的压痕答应很是局部地肯定实验材料的代表性应力-应变曲线。简单的应力应变阐发在Anton-Paar压痕软件中实现。该方式可合用在焊缝和其四周分歧区域的局部力学机能的表征。

01

焊缝裂纹尖端四周的弹塑性行动研究

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纳米压痕仪 NHT3

经由过程展现仪器化纳米压痕测试方式取得低合金钢焊缝中裂纹尖端四周区域和阔别裂纹尖端区域的应力应变行动。焊缝呈现裂纹凡是是由焊接进程中焊缝快速凝固发生的热应力引发的,或由内部显微布局的产生改变所引发的,致使硬度和屈就强度增添,但抗断裂性下降。为了领会局部区域的应力应变行动,仪器化纳米压痕法是可以或许供给此信息的少数方式之一,局部应力应变丈量的目标是帮忙理解焊缝开裂的缘由。

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图1 : 接近或阔别焊缝裂纹尖端局部区域的仪器化压痕测试

利用Anton-Paar纳米压痕仪NHT3搭载半径为20 µm球型针尖对两个已存在焊缝裂纹的样品进行测试,以取得局部的应力应变行动;与传统的静态测试方式分歧的是,在此次的利用案例中将采取在加载进程增添正弦波加载体例的动态测试方式 (Sinus),拔取最年夜载荷为500 mN,加载卸载速度为1000 mN/min,动态加载振幅为50 mN,频率为5 Hz。

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图2:载荷位移曲线

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图3:应力应变曲线

图2和图3显示了动态加载测试下取得的压痕曲线,和从两个区域的压痕曲线中取得的应力应变曲线。可以看出裂纹尖端四周区域的屈就强度远高在阔别裂纹尖真个区域。屈就强度的增添凡是与延展性的下降有关,这可能对焊缝的抗断裂韧性发生相当主要影响。在外部荷载感化下,接近裂纹尖真个材料屈就强度增添,常常会呈现比基材更早断裂的环境,是以在全部布局中是个力学亏弱点。焊缝中的断裂会致使全部部件掉效,是以应当去调剂焊接参数,使裂纹尖端四周的材料具有较低的屈就应力和较高的抗断裂性。

02

焊接铝合金的应力应变行动研究

仪器化纳米压痕测试方式中应力应变阐发的另外一个经典利用是研究金属焊缝四周的弹塑性,特别是软金属,例如铝合金。铝合金比钢对高温更敏感,是以,研究铝合金的焊接热效应尤其更主要。在本利用所说起的研究中,在加载进程中利用正弦波动态加载模式,操纵球形纳米压痕针尖的特征对两种分歧的铝合金焊缝四周的弹塑性行动进行局部表征。球形纳米压痕针尖用在肯定接近焊缝(区域A)且距离焊缝约2mm(区域B)的应力应变特征。

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图4:对照距离焊缝近的区域A和距离焊缝2mm处区域B的应力应变行动

利用NHT3纳米压痕仪搭载半径20µm球型针尖作为表征手段,拔取的最年夜载荷为300 mN、加载卸载速度为600 mN/min。在加载进程中采取正弦波的动态加载模式,振幅为30 mN,频率为5 Hz。图4展现了区域A和区域B的应力应变曲线的比力。

两个区域表示出相近似的弹塑性行动,屈就应力约为0.3 GPa。这注解焊接进程中加热和冷却对材料的弹塑性机能的影响可以疏忽不计。但是,并不是所有环境下都是如斯,焊接区域的局部应力应变行动依然是优化焊接参数的主要信息。

03

搅拌磨擦焊接铝合金的应力应变研究

搅拌磨擦焊(FSW)凡是是铝合金焊接工艺更好地选择,而传统电弧焊因为铝的高导热性而轻易发生较年夜的热影响区。FSW中的焊接温度远低在中间接触点,是以热效应的传导不如弧焊中较着。在这类环境下,将两种分歧的铝合金AA6111-T4(T4)和AA6061-T6(T6)焊接在一路,并在距离熔核中间位置的1.1 mm、2.2 mm和3.3 mm处研究硬度、弹性模量和屈就应力。

以下参数用在压痕:最年夜载荷300 mN,加载速度600 mN/min,动态加载模式下拔取振幅30 mN,频率5 Hz。

图5的成果注解跟着距熔核距离的增添,所表示出的应力应变行动年夜致一样,仅存在细小差别。在所有的三个区域的屈就应力年夜约为0.33 GPa(两种基材中的屈就应力年夜约为0.27 GPa,图中未显示)。母材的硬度为0.8 GPa(T4合金)和1.1 GPa(T6合金)。所有三个区域(距焊缝熔核1.1 mm、2.2 mm和3.3 mm)的硬度均为1.1 GPa,这证实焊缝四周的弹塑机能并没有产生显著转变。

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图5:距熔核分歧位置的应力应变曲线

Aoton-Paar自研自产的纳米压痕仪能很是好地去胜任微不雅局部的应力应变阐发,新一代的检测手段的开辟有助在焊接行业的进一步成长。

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