陳文祥

（武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065）

近年來，隨著工業(yè)及制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車、火車、飛機(jī)等現(xiàn)代交通工具也逐漸進(jìn)入大眾視野和生活當(dāng)中，人們的生活水平不斷提高的同時，對交通出行的各方面要求也在不斷增加。其中汽車行業(yè)便是增長最快的行業(yè)之一，然而，面對能源緊張的問題，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，機(jī)械設(shè)備輕量化已經(jīng)逐漸成為重點發(fā)展環(huán)節(jié)，鋁合金材料因其綜合性能的特點，如高強(qiáng)度及延伸性好等，逐漸成為汽車制造行業(yè)中的重要材料，除了節(jié)約成本之外，還能夠大幅度減少材料的消耗，減輕結(jié)構(gòu)重量，有效提升經(jīng)濟(jì)效益，也極大的推動了鋁合金材料及焊接技術(shù)工藝的快速發(fā)展。

1 鋁合金焊接接頭表征的作用

在汽車工業(yè)生產(chǎn)過程中，質(zhì)量安全是非常重要的部分，也是社會重點關(guān)注的問題，在汽車工藝設(shè)計生產(chǎn)過程中，要充分權(quán)衡車體的整體重量以及安全性。首先需要保障車身結(jié)構(gòu)具備靜態(tài)材料力學(xué)性能。而焊接工藝技術(shù)對保障整個結(jié)構(gòu)安全性有著重要的作用，在實際焊接過程當(dāng)中，存在一些缺陷，如焊接熱裂紋、不透徹等將會嚴(yán)重影響汽車材質(zhì)的安全。此外，焊接工藝技術(shù)和方法、材料性能差異性也是其中重要的影響因素，傳統(tǒng)力學(xué)性能表征不能精確描述不均勻，因此，進(jìn)一步探索新材料的表征特性，能夠描述材料產(chǎn)生的不均勻性。

2 斷裂機(jī)制及研究現(xiàn)狀

2.1 絕熱剪切帶產(chǎn)生機(jī)理及內(nèi)部關(guān)系

通常情況下，金屬材料受到高速沖擊，會導(dǎo)致塑性變形，薄弱環(huán)節(jié)局部變形會導(dǎo)致絕熱剪切帶逐漸形成，便會產(chǎn)生以下結(jié)果：首先，塑性變形會出現(xiàn)加工硬化的情況，再者，在加工過程中會出現(xiàn)大量的熱量，快速升溫，將會導(dǎo)致材料逐漸軟化，該區(qū)域便會逐漸變軟，塑性擴(kuò)展變形會逐漸形成絕熱剪切帶。局部化剪切變形的發(fā)展過程是極為短暫的，這些因素之間相互影響，局部化變形之后，是一個軟化的過程，溫度升高的情況下會導(dǎo)致熱軟化，在不斷變形過程中，材料的承載能力也會下降，材料軟化會出現(xiàn)微裂紋。

2.2 韌窩斷裂和剪切斷裂

金屬韌性斷裂主要分為韌窩斷裂與剪切斷裂模式，材料韌窩通常情況下主要是由擴(kuò)張以及匯合導(dǎo)致，材料剪切面出現(xiàn)開裂?？梢詫⑵湔J(rèn)為是細(xì)觀剪切面逐漸形成的細(xì)觀剪切變形，主要的方式便是晶體間的結(jié)合脫離與局部應(yīng)力作用從而致使破碎，晶體間出現(xiàn)不協(xié)調(diào)導(dǎo)致晶體互相脫離，形成空穴[1]。

其中主要的組成部分便是第二相粒子以及基體，材料當(dāng)中的第二相粒子塑性相對較差，兩者之間有著一定的差別，如彈性模量不同。在外界作用的影響，基體逐漸變形，其形態(tài)也會發(fā)生變化，孔洞形核后長大，在變形過程中，孔洞的實際增長相對比較緩慢，且會出現(xiàn)新孔洞形核，孔洞間的變形主要由局部決定，且孔洞間韌帶斷裂也會導(dǎo)致孔洞連接，斷裂便逐漸產(chǎn)生，斷裂也會通過孔洞的裂紋聚合進(jìn)行。

3 鋁合金材料焊接接頭斷裂行為研究

3.1 試驗方法

試樣拋光，因為試驗需要，需要對試樣進(jìn)行全面的觀察，常用的拋光方法有電解拋光、機(jī)械拋光以及化學(xué)拋光，每種方面都有各自的優(yōu)點和缺點，且并不適用范圍也有所不同。

機(jī)械拋光主要是對不同的金屬材料適應(yīng)性特點較長使用的方法，對相關(guān)工作人員有著較高的要求，不同材料在實際操作過程中具體流程規(guī)范也會不同，通常應(yīng)用在非常硬的金屬材料中，拋光效果較差[2]。

電解拋光是通過電化學(xué)對金相磨面，保障平整光潔，通常情況下，常被應(yīng)用于硬度比較低的金屬材質(zhì)，拋光效果優(yōu)于機(jī)械拋光。不僅能夠節(jié)省時間，且能夠節(jié)省材料，效果相對穩(wěn)定?；瘜W(xué)拋光在實際操作過程中，不會出現(xiàn)變形層，一般適合軟質(zhì)的材料，整個操作流程相對簡單，且對整個尺寸無特別要求，但是成本相對較高，消耗較大。根據(jù)鋁合金自身的特點，采用電解拋光法進(jìn)行拋光是非常適合的，機(jī)械拋光很容易會出現(xiàn)變形層，對拋光質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。拋光時間為1分鐘到1.5分鐘左右，用水進(jìn)行加熱，溫度在70℃至90℃之間，電流的密度在1A至2A。

3.2 試驗結(jié)果與討論

通過觀察，能夠發(fā)現(xiàn)變形主要是集中于到頭兩側(cè)區(qū)域，中間區(qū)域晶粒并未發(fā)生變化，應(yīng)力主要集中刀頭兩側(cè)晶粒，首先出現(xiàn)滑移帶，晶粒表面存在較少的滑移帶，且滑移帶方向與加載方向相同，切應(yīng)變逐漸增加，滑移帶數(shù)量逐漸增多，加載方向逐漸產(chǎn)生微裂紋，兩條裂縫方向和加載方向一致，主要是因為晶粒形成[3]。動載環(huán)境下，局部剪切帶的發(fā)展時間非常短暫，通常認(rèn)為剪切變形帶產(chǎn)生是克服其他條件的結(jié)果。材料軟化過程中，溫度會逐漸升高，導(dǎo)致出現(xiàn)熱軟化，材料軟化主要表現(xiàn)在微裂紋或者是孔洞的形成、連接，剪切變形帶主要是在非常窄的剪切面形成。剪切變形帶軟化通常是因裂紋導(dǎo)致產(chǎn)生的。滑移帶數(shù)量不斷增多的同時，晶粒加載方向也會逐漸被拉長，在不斷發(fā)展過程中，便能夠看到比較粗的滑移帶形成，應(yīng)變逐漸增大，晶粒樣貌也會發(fā)生變化，晶體便會出現(xiàn)塑性變形，滑移帶大致方向與之接近。

熱影響區(qū)加載過程當(dāng)中，在熱影響區(qū)晶粒會受到焊接產(chǎn)生的熱量影響，基體會發(fā)生分解，組織便會受到很大的影響。試樣變形通常主要集中于刀頭兩側(cè)區(qū)域，在遠(yuǎn)離刀頭的區(qū)域沒有顯著的變化，與母材變化狀況是相同的。切應(yīng)變?yōu)榻鹣嘟M織，能夠看到較少的滑移線，并有少量皺褶出現(xiàn)，切應(yīng)變不斷增大的時候，滑移線也會逐漸增加，皺褶也會不斷增多，形變逐漸增加。應(yīng)變繼續(xù)增大的情況下，變形也會越來越嚴(yán)重。繼續(xù)加載，就會導(dǎo)致斷裂。

4 結(jié)語

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，各行各業(yè)也得到了蓬勃的發(fā)展，人們對于能源的需求也在不斷增加，鋁合金材料因其自身存在的優(yōu)點和特性，被廣泛應(yīng)用于汽車、航空等領(lǐng)域生產(chǎn)當(dāng)中，對工業(yè)生產(chǎn)有著重要的影響。當(dāng)前，在焊接工藝當(dāng)中雖然存在一些問題，只要堅持不懈的努力和探索，便能夠提升鋁合金材料的性能和特質(zhì)，更好的服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)活動。