激光-电弧复合焊热循环致高强铝合金接头软化的机理研究

鉴于高强铝合金的优异性能及应用前景，科学家在不断寻求开发新的合金系统及新的制备工艺，在强化途径与组织控制方面取得了瞩目进展。然而，焊接热循环中，接头组织发生变异，强度严重下降，因此，对接头"软化"机理及其微区特征与宏观性能的定量研究不仅必要而且十分迫切。本项目拟复合物理实验与基于Monte-Carlo法的热过程驱动的无网格多尺度模拟技术，对激光-电弧复合填丝焊高强铝合金(如7075)接头的"软化"这一关键科学与技术问题进行基础研究。通过考察热循环作用下接头温度场、热应力场的时空交变规律以及接头区位错增殖机制、第二相粒子分布、织构演变特征与动力学行为，探明接头"软化"的微观机理，并建立反映接头细观特征、宏观性能和力学建模过程的多元非线性关系模型。本项目旨在揭示极端焊接热循环条件下高强铝合金接头"软化"的机理及其变化规律，为开发接头的强韧化工艺与研制下一代高强铝合金系统奠定理论和技术基础。

铝合金复合焊接后，焊缝强度降低严重，如7075-T6的复合焊接头的强度不及母材的60%。本项目基于SEM、OM、TEM、EBSD和同步辐射光源等实验技术，深入系统探讨了铝合金7075-T6复合焊缝的软化行为，揭示了主要强化元素蒸发烧损是导致接头软化的根本原因，这是因为强化元素的烧损使得焊缝不能形成足够数量的第二相颗粒；此外，强化相颗粒的溶解和长大对软化的影响较小。最后，由于铝合金熔焊中不可避免存在大量的气孔，而这些气孔采用传统技术手段很难准确计算。本项目创新性采用我国目前最先进大科学装置-同步辐射光源不仅对焊缝内元素分布进行了定量测算，而且获得了世界上第一幅焊缝气孔形貌及分布图。.基于以上研究结果，本项目获得了丰硕成果：已有11篇英文SCI收录期刊论文公开发表（3篇忘记标注）、11篇中英文期刊/会议论文被EI收录，国内外会议逾17次；相关成果已形成专著（2014年1月出版）和译著（2014年7月出版）各一部；授权发明专利2项；软件著作权6项；有1名博士后研究人员、3名硕士生在读、5名已毕业硕士生，发起和主办一次国际会议。其中SCI收录论文中有一篇文章被本领域内顶尖声誉期刊《Welding Journal》收录，该杂志每年仅刊出36篇世界顶尖成果，而中国大陆年均不至1篇。.在开展本项目气孔分析研究中，申请人积极拓展了熔焊气孔致疲劳损伤的研究新方向，并已获得初步成果。本人也是采用同步辐射X射线技术研究熔焊接头疲劳损伤机理的第一人。申请人曾经在2011年以部分内容申报面上项目，5位专家皆认为创新点绝佳，但对能否获得预期成果存疑。因此申请人决定在2013年暂停申报面上项目一年，一是为深入总结青年基金成果，而是为初步尝试开展部分研究内容。结果证明，这项研究不仅创新性好，而且能够利用同步辐射光源获得传统技术手段所不能获得的成果。为此，本人不但获得了上海光源更多研究机时，而且获得了目前世界上最先进大科学装置-欧洲光源的实验机时，将与世界顶尖科学家JY Buffiere合作，深入系统开展熔焊接头气孔致疲劳损伤的机理，并期待建立其微观损伤行为与宏观疲劳性能演变之间的关系，相信申请人能获得更多原创性成果。