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1、分享：铝合金中厚板焊接接头显微组织及其疲劳损伤2、子宫缝扎术--简单、安全、有效你做到了吗？3、大伯干活玻璃扎进手指，又肿又痛无法取出，医生提醒：勿自行处理

分享：铝合金中厚板焊接接头显微组织及其疲劳损伤

摘 要:采用熔化极惰性气体保护焊焊接了厚度为12mm 的7N01-T5铝合金板,分析了焊接接 头的显微组织,并对焊接接头进行了拉伸及疲劳试验。用能谱分析法确定了疲劳条带间的二次相 为含 Fe相,提出了一种二次相所致的疲劳微裂纹萌生模型,解释了在疲劳条带间第二相处的微裂 纹萌生原因。结果表明:焊接接头的抗拉强度为259 MPa,延伸率为11.4%,接头的拉伸断裂形式 为韧性断裂和脆性断裂混合形式;二次相导致的微裂纹会加快疲劳裂纹的扩展速率。

关键词:铝合金;熔化极惰性气体保护焊;显微组织;疲劳性能

中图分类号:TG453;TG115.5 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2022)02-0030-06

7N01铝合金具有比强度高、密度低的优点,在 高速列车制造业的车体轻量化中得到广泛应用[1]。 7N01铝合金时效过程中析出物的析出顺序依次为 过饱和固溶体、GP区、η'相和η 相[2]。在国内目前 的高速列车车体生产中,常采用钨极惰性气体保护 焊(TIG)、熔化极惰性气体保护焊(MIG)、激光焊 (LW)和搅拌摩擦焊(FSW)等焊接方法对7N01铝 合金进行焊接[3]。MIG 因具有操作相对简单、成本 低的优点,被广泛用于不同尺寸结构的焊接中。

对于高强度铝合金,其焊接接头的疲劳行为和疲劳裂纹萌生、扩展等微观机理成为近年来的研究热点[4]。目前,国内已有许多学者对7N01铝合金焊接接头的疲劳性能进行了研究,但大多数研究都集中于薄板及中薄板(厚度t小于6mm)[5-9],关于中等厚度(6mm

1 试验材料与试验方法

1.1 试验材料

母材为12mm 厚的7N01-T5铝合金板。焊丝选用的是直径为1.6 mm 的 ER5356铝合金,该焊 丝的主要成分为镁元素。铝合金母材与焊丝的化学 成分如表1所示(均为实测值)。。

1.2 试验方法

焊接试 验 过 程 如 图 1 所 示,焊 接 试 样 为 两 块 12mm 厚的7N01铝合金板,采用 MIG 以 X 形坡口 的对接方式焊接,单边角度为35°。焊接工艺参数如 表2所示,为保证焊接质量,进行焊接时环境的相对 湿度小于70%,焊前去除板材表面油污和氧化膜。

??采用线切割的方式从焊接接头中截取金相试 样,先对试样进行打磨,随后使用抛光机进行抛光, 直至表面 光 滑,最 后 使 用 Keller试 剂 腐 蚀 试 样 表 面,使用 VHX-600型超景深显微镜观察焊接接头 显微组织。根据标准 GB/T2651—2008《焊接接头 拉伸试验方法》和 GB/T24176—2009《金属材料疲 劳试验数据统计方案与分析方法》对焊接接头进行 拉伸和疲劳试验,拉伸及疲劳试验试样尺寸示意如 图2所示。

所有拉伸及疲劳试验均在温度为23℃,相对湿 度为40%的环境下,采用 HB250型伺服液压万能 试验机进行试验,其中拉伸试验以0.1kN/s的加载 速率进行3次试验,结果取平均值,疲劳试验施加 拉-拉正弦波形载荷,频率为140Hz,应力比为0.1。 拉伸及疲劳试验结束后,立即在干燥环境下采用扫 描电子显微镜(SEM)观察疲劳断口,避免断口氧化带来 的 影 响,所 用 的 设 备 型 号 为 S-3400N 和 TESCAN-VEGA3。

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?2 试验结果与讨论

2.1 7N01铝合金显微组织形貌

焊缝中心、熔合区显微组织形貌和等轴晶形成过 程示意如图3所示,焊缝中心金属主要由 ER5356 填 充材料熔化而成,形成了粗大的等轴状组织,呈雪花 状。等轴晶的存在说明在焊缝中心发生了自由结晶。 焊缝中心的温度梯度小,受边缘散热条件的影响较 小,液相中能形成较宽的成分过冷区,在随后的冷却 过程中,新生成的晶粒能够自由生长,从而呈现等轴 状[15]。由图3b)可知,靠近焊缝边缘有一条很窄的熔 合线,其中分布着许多细小的组织。焊缝边缘近熔合 线的焊缝组织为取向明显的柱状晶,这是因为液态金 属依附于金属间化合物的表面形核,析出与母材未熔 化晶粒取向相同的柱状晶。在熔合线的左侧可以发 现存在明显的联生结晶现象。 ?

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?图4为焊接热影响区及母材的微观形貌。由 图4a)可知,靠 近 焊 缝 部 位 的 固 溶 区 组 织 的 晶 粒 尺寸细小,约为45μm。在焊接热源作用下,位于 焊缝的热影响区内的镁、锌元素固溶到铝基体中, 并在随后的 快 速 冷 却 过 程 中 形 成 过 饱 和 固 溶 体, 镁、锌元素在 铝 基 固 溶 体 的 一 定 结 晶 面 上 偏 聚 并 有序化,从 而 形 成 固 溶 区。软 化 区 内 晶 粒 尺 寸 粗 大,约为 75μm。图 4c)为 接 头 母 材 的 显 微 组 织, 母材 组 织 为 细 长 的 轧 制 态 晶 粒,沿 着 轧 制 方 向 伸长。

2.2 7N01铝合金 MIG焊接接头拉伸性能分析

焊接接头、热影响区和母材的拉伸试验结果如 图5所示。由图5可知,焊接接头的抗拉强度远低 于 母 材 的 抗 拉 强 度,焊 接 接 头 的 抗 拉 强 度 为 259MPa,屈服强度为137 MPa,延伸率为11.4%, 接头塑性较好。?

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?图6为焊接接头拉伸断口微观形貌,从图中可 以观察到大量形状较为规则,形貌差别不大的韧窝, 这些韧窝的尺寸约为10μm,为标准的等轴韧窝。 焊接接头在拉伸正应力下,试样总变形与局部区域 变形的不一致使材料内部分离形成显微孔洞,并在正应力的作用下逐渐长大。在随后的拉伸过程中, 显微孔洞受到横向的剪切应力并发生滑移,相邻孔 洞之间的基体横截面积不断缩小,出现颈缩现象,最 后断开使得孔洞相连。当越来越多的孔洞彼此相连 图6 焊接接头拉伸断口微观形貌 后,试样便发生断裂[16]。在图6中还可以观察到一 些二次裂纹,这些二次裂纹的萌生位置集中在断口 的解理台阶处,由于拉应力的大部分能量都提供给 主裂纹扩展,因此这些二次裂纹在萌生之后没有扩 展。由图6可知,接头断口分布着大量的韧窝,其中 还掺杂着部分解理台阶和二次裂纹,解理台阶为脆 性断裂的典型特征[16],由此可以判断7N01铝合金 MIG 焊接接头的拉伸断裂形式为韧窝为主的韧性 断裂和兼有少量脆性断裂的韧脆混合形式。

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?2.3 7N01铝合金 MIG焊接接头疲劳性能分析

图7为焊接接头疲劳试验断裂截面宏观形貌。 由图7可知,裂纹位于焊缝区域,说明焊缝为接头的 最薄弱处,这与硬度试验结果相符。疲劳寿命 N 与 应力幅S 之间的联系,可用式(1)来表达。?

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?式中:C 为第一次循环时材料的疲劳强度因子;k 为 疲劳强度因子。

对式(1)两边取对数,可以得到?

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?根据得到的疲劳试验数据,利用 ORIGIN 软件对 疲 劳试验数据进行拟合,拟合曲线如图8所示,所得曲线对应的拟合公式分别如式(3)和式(4)所示。

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?由图8可知,随着应力幅的降低,7N01铝合金 母材及焊接接头的疲劳寿命明显增加。母材的k 值小于焊接接头的,这说明随着应力幅的增加,焊接 接头疲劳寿命下降得更快。

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?图9为7N01铝合金焊接接头疲劳断口的微观 形貌。由图9a)可知,接头裂纹源区无明显导致裂纹 萌生的缺陷,根据其放射性条纹可以推断,疲劳裂纹 萌生于表面处,并向内部扩展。在试样断口表面有很多较为平坦的准解理面,小平面之间以撕裂方式相 接,因此判断接头的断裂方式以准解理断裂为主。

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?从图9可以观察到疲劳条带表面光滑且相互平 行,疲劳条带间分布着较多二次相和微裂纹,二次相 形貌呈白色颗粒状,直径约为2.5μm。对图9c)中 的二次相进行能谱分析,结果表明该相为含 Fe相。 LIN 等[17]认为含 Fe相为硬脆易碎相,在疲劳裂纹 扩展过程中易发生破碎,从而诱发微裂纹的萌生,微 裂纹会增大疲劳裂纹的扩展速率,从而缩短试样的 疲劳寿命。图9d)为瞬断区的微观形貌,可以清晰 地观察到大小不一的等轴韧窝。韧窝底部存在二次 相,这些二次相是产生韧窝的主要原因。

2.4 疲劳裂纹稳定扩展区微裂纹萌生及扩展分析

疲劳条带间围绕二次相的微裂纹形貌如图10 所示,该微裂纹的长度约为2μm。根据图中单个疲 劳条带的宽度和式(5)可以推断出疲劳裂纹扩展速 率[18]。 ?

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?式中:vs,L 和t分别为疲劳裂纹的稳定扩展速率、 单个疲劳条带的宽度和疲劳循环时间。

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?在循环载荷的作用下,二次相对位错运动具有 一定的钉扎作用,当钉扎作用超过一定范围时,二次 相与周围基体产生裂纹[19]。

二次相所致裂纹的萌生机理如图11所示。在 第一阶段,位错线在循环载荷的作用下不断运动;在 第二阶段,由于二次相对位错运动的钉扎作用,位错 线遇到二次相时发生部分弯曲;在第三阶段,位错线 与二次相刚开始接触时,位错线在二次相周围仅发 生部分变形。随着循环载荷的加载,位错线发生剧 烈弯曲,最后位错线在二次相周围首尾相接,形成一 个包围二次相的位错环。

3 结论

(1)中厚板7N01铝合金 MIG 焊接接头焊缝区?的显微组织以等轴晶为主;熔合区的显微组织为取 向明显的柱状晶;热影响区晶粒尺寸较为粗大,形貌 与母材轧制态组织相似。

(2)12mm 厚7N01铝合金 MIG 焊接接头、热 影响区及母材的抗拉强度分别为259,356,402MPa。 其中接头的延伸率为11.4%,塑性较好。通过拉伸 断口分析可以判断接头拉伸断裂形式为韧脆混合 形式。

(3)通过对疲劳试验拟合曲线的分析,发现随 着应力幅的降低,中厚板7N01铝合金母材及焊接 接头的疲劳寿命明显增加,随着应力幅的增加,焊接 接头疲劳寿命下降得更快。

(4)微裂纹会加速疲劳裂纹的扩展。在疲劳断 口的裂纹稳定扩展区,疲劳条带间存在二次相,进而 提出了因二次相导致的微裂纹萌生模型。当位错环 聚集所引起的应力超过一定范围时,会在二次相与 材料基体交接的应力集中处产生微裂纹。 ?

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子宫缝扎术--简单、安全、有效你做到了吗？

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图1.垂直背带缝合

图2.胎盘前置导致的宫缩乏力可行B-Lynch三针法

箭头指示缝合方向及线路，数字表示进针点及顺序;70 mm圆针带可吸收线，切口左侧下缘2-3 cm，宫体左侧缘3-4 cm处进针，穿透前壁宫腔内膜，自切口上缘2-3 cm处平行进针点出针，缝线包绕子宫前壁、宫底部至子宫后壁，在宫骶韧带上方1 cm处穿向子宫后壁肌层，从肌层潜行至右侧宫骶韧带上方1 cm出针，缝线包绕后壁、宫底、前壁从右侧进针，方向与第一针相反，尾线打结

图3.胎盘粘连可行“∞”缝合法

箭头指示缝合方向及线路，数字表示进针点及顺序;70 mm半圆针带可吸收线，自前壁右下象限距离胎盘粘连边缘1 cm处进针，穿透宫腔内膜，潜行至左上象限距离粘连边缘1 cm处，出针，继续从左下象限进针，同法潜行至右上象限，尾线打结;若出针点距离较远，可手法按压子宫呈卵圆形以减少进出针间距，方便打结

理解以上分类可以协助我们判断缝合范围，根据适应症选择合适的缝合方法，评估止血效果。急诊手术时应选择简单、安全、有效的缝合方式，条件允许的情况下，优先选择前壁或后壁纵向局部缝合，残留的宫腔便于引流血块、内膜碎片及炎性物质，而交叉缝合与包扎缝合易导致宫腔积脓、粘连及不孕，且容易损伤大血管及输尿管。

本文所演示的缝合方法仅供参考，而不是标准，临床医师在急救止血却忘记具体缝合步骤时可以创造属于自己的有效的止血方法。

大伯干活玻璃扎进手指，又肿又痛无法取出，医生提醒：勿自行处理

家住杭州城西的余大伯在一家小区做物业。近日，他在搬运重物的时候，不小心将一根玻璃刺扎进右手大拇指，“当时就感觉手指被虫子咬了一下”，余大伯回忆。但他自己感觉扎的没那么深，就开始拿缝衣服的针挑刺，可怎么也挑不出来，于是就没当回事。

但过了几天，他发现手指越来越肿，也越来越疼，于是他急忙来到家附近的杭州市西溪医院就诊。

外科医生接诊后，就发现余大伯右手大拇指明显红肿，而且有感染迹象，于是建议余大伯做进步一检查。

超声检查发现：余大伯拇指皮下距皮肤0.15cm处可见0.9cm长的“头发丝”样强回声，考虑异物，并伴有软组织肿胀。

余大伯有点急了，强烈要求取出异物。但由于刺又细又短，临床定位困难。为了能尽快解除余大伯痛苦，骨科宋泽辉医师和B超梁妃医师商量后决定，尝试结合超声定位来取刺治疗。

因为很细，是个玻璃丝，所以取的时候比较困难，怕跑又怕弄断。经过超声的反复引导、定位及医生的反复探查下，经过1个多小时的努力，终于成功将异物取出，折磨多日的疼痛立马有所缓解。

大伯做完以后连声感谢，“本来以为要挖个大口子去找，没想到这么快就解决了问题。”

余大伯给宋泽辉医师（左）和梁妃医师（右）赠送锦旗

宋医师提醒，临床上经常遇到手指被扎进鱼刺、木刺等患者，大部分人肯定会拿针去挑刺，其实这是非常不科学的方法。一般自己家的针都没有消毒，自己也不知道异物的深度，如果自行处理，很容易导致感染，并且异物也容易划动，反而导致了医生处理的难度。

曾有报道一名女子洗鱼手指被扎破，几天后竟然严重感染险截肢的案例。所以，宋医师建议：手指扎进异物之后，必须要马上进行处理，要对创口进行清洁和消毒，如果情况严重，还需要到医院打破伤风抗毒素，并配合抗生素治疗。

来源：杭州市西溪医院

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