AZ31鎂合金焊接接頭疲勞性能及改善方法研究.pdf

1、發(fā)展復雜的大型鎂合金結構，焊接技術是最為重要、快捷的加工方法之一，也是突破鎂合金廣泛應用瓶頸的重要手段。統(tǒng)計資料表明，70％～90％的焊接結構失效是由于焊接接頭疲勞斷裂造成的。因此，研究鎂合金焊接接頭的疲勞性能及改善方法具有重要的理論價值和實際意義。 本論文采用交流TIG手工電弧焊方法對8 mm厚軋制成形AZ31鎂合金板材進行焊接，對鎂合金焊接接頭的金相組織和一般力學性能進行了測試。結果表明：AZ31鎂合金晶粒直徑在6～35μm

2、之間；AZ31鎂合金焊縫晶粒直徑在20～60μm之間；熱影響區(qū)晶粒嚴重長大，晶粒尺寸懸殊，晶粒直徑在15～80μm之間。焊縫金屬沖擊韌性為30.5J·cm<'-2>，熱影響區(qū)沖擊韌性為37.9 J·cm<'-2>，母材沖擊韌性44.8 J·cm <'-2>，沖擊載荷作用于AZ31鎂合金焊接接頭時，焊縫是最薄弱環(huán)節(jié)。AZ31鎂合金焊接接頭的抗拉強度降幅不大，橫向非承載十字接頭的抗拉強度為258.0 MPa，縱向非承載十字接頭的抗拉強度為2

3、55.9 MPa，為母材抗拉強度285.2MPa的90％左右。 研究了母材、橫向非承載十字接頭和縱向非承載十字接頭在拉一拉交變載荷作用下的疲勞性能。試驗結果表明：在N=2×10<'6>循環(huán)次數(shù)下，母材的疲勞強度為36.0 MPa，橫向非承載十字接頭的疲勞強度為17.2 MPa，僅為母材疲勞強度的47.8％；縱向非承載十字接頭的疲勞強度為20.0 MPa，僅為母材疲勞強度的55.5％。由此看來，鎂合金焊接接頭的疲勞性能遠低于母材

4、。 為改善AZ31鎂合金焊接接頭的疲勞強度，利用天津大學研制的超聲沖擊試驗設備對上述兩種焊接接頭的焊趾部位進行強化處理。試驗結果表明：經過超聲沖擊處理后AZ31鎂合金焊接接頭的疲勞性能得到一定程度的改善在N=2×10<'6>循環(huán)次數(shù)下，橫向非承載十字接頭的疲勞強度為24.7MPa，相對于焊態(tài)接頭疲勞強度提高了43.6％：縱向非承載十字接頭的疲勞強度是30.3MPa，相對于焊態(tài)接頭提高了51.5％。在一定的應力范圍內，疲勞壽命提

5、高2～3.5倍。 采用掃描電子顯微鏡(SEM)對鎂合金焊接接頭的疲勞斷口形貌特征進行了觀察。發(fā)現(xiàn)AZ31鎂合金焊接接頭疲勞斷口中沒有連續(xù)、清晰的疲勞條紋，大部分區(qū)域都是由細小密集的解理臺階、扇形花樣、河流狀花樣組成，在斷口的很多地方都可以看到大小不一的二次裂紋，說明AZ31鎂合金焊接接頭的疲勞斷裂是一種準解理機制的脆性斷裂。超聲沖擊處理不會影響焊接接頭的微觀斷裂機理，但使一定厚度內的焊縫金屬晶粒，由粗大的鑄造等軸晶轉變成軋制態(tài)組