基于数字图像相关的铝合金激光焊接弹塑性本构参数的反演分析

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wenjiakui
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激光焊接技术实现了结构设计与材料组合的多样化,提高了多个领域内的生产制造水平。然而,焊接热效应退化了局部的材料性质,使焊缝处的整体强度低于母材,给结构性能的评估带来了困难。本文通过对激光焊接接头的显微观察、硬度测量和单轴拉伸等实验,研究了焊缝融合区、热影响区和母材区的显微组织演变、硬度和弹塑性本构参数的变化趋势,讨论了焊接功率变化对三者的影响。  首先,利用实验测得的力学量来推算材料力学行为的初始物理参数值,阐述了本构参数反演识别法的基本原理。将Ramberg-Osgood模型选作铝合金参数反演的本构模型,推导了最小二乘拟合原理的拟牛顿迭代方法。利用铝合金标准件拉伸实验的载荷数据和数字图像相关技术测量得到的应变数据,建立起全场应力-应变关系。反演识别出Ramberg-Osgood模型中的本构参数分别为弹性模量 E=43.42GPa、屈服应力σ0=121.52MPa、强度系数α=0.26和硬化指数n=17.81。  其次,对铝合金6061激光对接焊接件进行了显微观察与硬度测量。发现母材处有较多的基体Al和第二相Mg2Si,焊缝区有较多的树枝状Al-Si共晶体与一些等轴晶,在融合线处绝大多数为柱状晶;当焊接功率增大时,融合线处的柱状晶增多。整体硬度分布呈现明显的“W”形分布,母材处的硬度值最高,熔合区次之,热影响区的硬度最小;熔合区的硬度值下降20%左右;热影响区的硬度值下降30%左右。当激光焊接功率为2400W时,热影响区的范围为0.75mm左右,熔合区的范围为1mm左右。当焊接功率增大时,整体硬度值影响不大,而热影响区的范围稍有增大。  最后,对1900W、2400W和2900W三种焊接功率下铝合金6061激光对接焊接件进行了单轴拉伸实验和全场应变光学测量。采用最小二乘拟合原理反演识别出穿过焊缝的12个子区Ramberg-Osgood本构模型参数。分析结果显示:三种焊接功率下的弹性模量和屈服应力均呈“w”形分布,与母材相比,熔合区和热影响区的弹性模量、屈服应力和硬化指数的值均有所下降,熔合区和热影响区的强度系数值都会增大。
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