[论文解读] 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 6

一句话总结

本研究通过拉伸和剪切冲孔试验结合显微分析，量化了电阻点焊6061-T6铝合金接头的显微组织-性能关系。结果表明，由于析出相粗化导致T6状态退化，熔合区的极限抗拉强度降低约52%，屈服强度下降62%，并由此引发颗粒处空洞生长，成为主导损伤机制。

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).

研究动机与目标

• 理解电阻点焊6061-T6铝合金接头的力学性能退化机制。
• 识别熔合区强度和塑性降低的显微组织根源。
• 关联焊接过程中显微组织变化与力学性能演变。
• 确定焊缝不同区域的主导损伤机制。

提出的方法

• 对搭接接头进行准静态拉伸试验，测量不同焊缝区域的极限抗拉强度和屈服强度。
• 采用一种新型剪切冲孔试验评估熔合区的力学性能，该区域传统试验方法难以实施。
• 利用扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜分析工艺引起的显微组织。
• 进行断口分析，识别母材和熔合区的主导损伤机制。
• 显微组织分析聚焦于热机械影响区和熔合区中析出相粗化及T6状态的丧失。
• 将力学数据与显微组织特征相关联，以量化结构-性能关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 电阻点焊6061-T6铝合金接头不同区域的力学强度如何变化？
• RQ2 熔合区和热机械影响区发生了哪些显微组织变化，导致力学性能退化？
• RQ3 母材与熔合区的主导损伤机制分别是什么？
• RQ4 析出相粗化在焊缝区强度损失中所起的作用有多大？
• RQ5 剪切冲孔试验结果与传统拉伸试验在评估焊接性能方面有何异同？

主要发现

• 与母材相比，熔合区的极限抗拉强度降低了约52%，从341 MPa降至162 MPa。
• 熔合区的屈服强度下降约62%，由母材中的312 MPa降至120 MPa。
• 力学性能下降主要归因于析出相粗化以及由此导致的焊缝区T6状态丧失。
• 在母材中，颗粒处空洞生长是主导损伤机制；而在熔合区，空洞形核更为普遍。
• 断口分析证实，显微组织变化，尤其是析出相粗化，是熔合区塑性和强度降低的根本原因。
• 新型剪切冲孔试验成功捕捉了熔合区的力学行为，其结果与拉伸试验具有一致性。