[論文レビュー] Quantifying structure-property relationships during resistance spot welding of an aluminum 6061-T6 joint

S. Turnage, K. Darling+5 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2016

Advanced Welding Techniques Analysis参考文献 45被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、引張およびシアー引張試験を組み合わせた顕微鏡観察を用いて、リバーススポット溶接された6061-T6アルミニウム合金溶接部の微細組織-物性関係を定量的に評価した。溶融域では析出相の粗大化によりT6状態が劣化し、その結果、引張強さが52%低下し、降伏強さが62%低下した。これは、粒子からの空孔成長が支配的損傷メカニズムとなる。

ABSTRACT

Microstructure-property relationships of resistance spot welded 6061-T6 aluminum alloy lap joints were investigated via mechanical testing and microscopy techniques. Quasi-static tensile and novel shear punch tests were employed to measure the mechanical properties of the distinct weld regions. Quasi-static tensile and shear punch tests revealed constantly decreasing strength and ductility as the weld center was approached. For instance, the ultimate tensile strength of the fusion zone decreased by ~52% from the parent material (341 MPa to 162 MPa) while the yield strength decreased by ~62% (312 MPa to 120 MPa). The process-induced microstructures were analyzed with scanning electron microscopy and optical microscopy to elucidate the underlying cause of the reduced mechanical properties. Fractography reveals void growth from particles being the dominant damage mechanism in the parent material as compared to void nucleation in the fusion zone. Overall, significant changes in the mechanical behavior across the weld are the result of a change in microstructure congruent with a loss of T6 condition (precipitate coarsening).

研究の動機と目的

• 抵抗スポット溶接された6061-T6アルミニウム合金溶接部における機械的劣化の理解を図ること。
• 溶融域における強度および延性の低下の微細組織的起源を特定すること。
• 溶接過程における微細組織変化と機械的性質の変化の相関関係を明らかにすること。
• 溶接部の異なる領域における支配的損傷メカニズムを特定すること。

提案手法

• ラップジョイントを用いた静的引張試験により、溶接部の異なる領域における破壊引張強さおよび降伏強さを測定した。
• 従来の試験が困難な溶融域における機械的性質評価のために、新規のシアー引張試験を採用した。
• プロセスに起因する微細組織を分析するために走査型電子顕微鏡（SEM）および光学顕微鏡を用いた。
• 破断断面観察を実施し、母材および溶融域における支配的損傷メカニズムを同定した。
• 微細組織分析では、熱影響域および溶融域における析出相の粗大化およびT6状態の喪失に注目した。
• 機械的データと微細組織特徴を照合し、構造-物性関係を定量的に評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 抵抗スポット溶接された6061-T6アルミニウム合金溶接部の異なる領域における機械的強度はどのように変化するか？
• RQ2 溶融域および熱影響域に生じる微細組織的変化は、どのように機械的劣化を引き起こすか？
• RQ3 母材と溶融域における支配的損傷メカニズムはそれぞれ何か？
• RQ4 析出相の粗大化は、溶接部における強度低下にどの程度寄与しているか？
• RQ5 シアー引張試験の結果と従来の引張試験の結果は、溶接部の性能評価においてどのように比較できるか？

主な発見

• 溶融域の破壊引張強さは母材と比較して約52%低下し、341 MPaから162 MPaに低下した。
• 溶融域の降伏強さは約62%低下し、母材の312 MPaから120 MPaに低下した。
• 機械的性質の低下は主に析出相の粗大化および溶接部におけるT6状態の喪失に起因する。
• 母材では粒子からの空孔成長が支配的損傷メカニズムであったが、溶融域では空孔核生成がより顕著であった。
• 破断断面観察により、微細組織の変化、特に析出相の粗大化が、溶融域における延性および強度の低下の根本的要因であることが確認された。
• 新規のシアー引張試験は溶融域における機械的挙動を効果的に捉え、引張試験と一貫性のあるデータを提供した。