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(fù)雜的大型鎂合金結(jié)構(gòu)，焊接技術(shù)是最為重要、快捷的加工方法之一，也是突破鎂合金廣泛應(yīng)用瓶頸的重要手段。統(tǒng)計(jì)資料表明，70％～90％的焊接結(jié)構(gòu)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(jià)值和實(shí)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(jìn)行焊接，對鎂合金焊接接頭的金相組織和一般力學(xué)性能進(jìn)行了測試。結(jié)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(yán)重長大，晶粒尺寸懸殊，晶粒直徑在15～80μm之間。焊縫金屬?zèng)_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(shí)，焊縫是最薄弱環(huán)節(jié)。AZ31鎂合金焊接接頭的抗拉強(qiáng)度降幅不大，橫向非承載十字接頭的抗拉強(qiáng)度為258.0 MPa，縱向非承載十字接頭的抗拉強(qiáng)度為2

3、55.9 MPa，為母材抗拉強(qiáng)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(yàn)結(jié)果表明：在N=2×10<'6>循環(huán)次數(shù)下，母材的疲勞強(qiáng)度為36.0 MPa，橫向非承載十字接頭的疲勞強(qiáng)度為17.2 MPa，僅為母材疲勞強(qiáng)度的47.8％；縱向非承載十字接頭的疲勞強(qiáng)度為20.0 MPa，僅為母材疲勞強(qiáng)度的55.5％。由此看來，鎂合金焊接接頭的疲勞性能遠(yuǎn)低于母材

4、。 為改善AZ31鎂合金焊接接頭的疲勞強(qiáng)度，利用天津大學(xué)研制的超聲沖擊試驗(yàn)設(shè)備對上述兩種焊接接頭的焊趾部位進(jìn)行強(qiáng)化處理。試驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)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(qiáng)度為24.7MPa，相對于焊態(tài)接頭疲勞強(qiáng)度提高了43.6％：縱向非承載十字接頭的疲勞強(qiáng)度是30.3MPa，相對于焊態(tài)接頭提高了51.5％。在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，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(jìn)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(xì)小密集的解理臺(tái)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(zhǔn)解理機(jī)制的脆性斷裂。超聲沖擊處理不會(huì)影響焊接接頭的微觀斷裂機(jī)理，但使一定厚度內(nèi)的焊縫金屬晶粒，由粗大的鑄造等軸晶轉(zhuǎn)變成軋制態(tài)組