AZ31B鎂合金焊接接頭疲勞性能改善方法研究.pdf

1、鎂合金具有輕質(zhì)高強(qiáng)，資源豐富，易于回收等一系列優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色金屬結(jié)構(gòu)材料”。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。然而，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的疲勞斷裂造成。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意義和實(shí)際價(jià)值。
　　 本文對(duì)AZ31B鎂合金對(duì)接和十字兩種接頭型式的焊接試件的疲勞性能進(jìn)行了研

2、究。AZ31B鎂合金對(duì)接接頭的試驗(yàn)中值S-N曲線為lgN=13.78-4.70lg△σ，試驗(yàn)特征S-N曲線為lgN=13.50-4.70lg△σ；用國際焊接學(xué)會(huì)(IIW)推薦m=3處理得到的中值S-N曲線為lgN=10.97-3.00lg△σ，特征S-N曲線為lgN=10.48-3.00lg△σ。AZ31B鎂合金十字接頭的試驗(yàn)中值S-N曲線為lgN=11.27-3.58lg△σ，試驗(yàn)特征S-N曲線為lgN=10.74-3.58lg△σ；

3、用國際焊接學(xué)會(huì)(IIW)推薦m=3處理得到的中值S-N曲線為lgN=10.39-3.00lg△σ，特征S-N曲線為lgN=9.91-3.00lg△σ。在N=2×106循環(huán)次數(shù)下，鎂合金對(duì)接接頭的疲勞強(qiáng)度為39.00 Mpa，十字接頭的疲勞強(qiáng)度為24.38 Mpa。
　　 用掃描電鏡觀察疲勞斷口，發(fā)現(xiàn)AZ31B鎂合金焊接接頭斷口中沒有連續(xù)、清晰的疲勞輝紋，大部分區(qū)域都是由細(xì)小密集的解理臺(tái)階、扇形花樣或者斷續(xù)的河流狀花樣組成，在斷口

4、的很多地方都可以看到大小不一的二次裂紋，說明AZ31B鎂合金焊接接頭的疲勞斷裂是一種以解理為主的脆性斷裂。
　　 研究了超聲沖擊處理改善AZ31B鎂合金焊接接頭疲勞性能的機(jī)理。AZ31B鎂合金十字接頭經(jīng)超聲沖擊處理后，其疲勞強(qiáng)度為24.7Mpa，比焊態(tài)試樣的疲勞強(qiáng)度17.2 Mpa提高了43.6[％]。超聲沖擊作用在受沖擊部位形成了較大數(shù)值的有利于疲勞強(qiáng)度提高的表面壓應(yīng)力，超聲沖擊處理使焊趾過渡區(qū)曲率半徑增加，應(yīng)力集中降低，有利

5、于焊接接頭疲勞強(qiáng)度的提高。同時(shí)，超聲沖擊細(xì)化了焊趾部位金屬的晶粒，消除了焊趾部位的微觀夾渣和微小咬邊等缺陷，消除了表面微觀裂紋源，延緩了疲勞裂紋開裂，這些都對(duì)疲勞性能的改善起到了良好作用。
　　 研究了TIG熔修處理對(duì)AZ31B鎂合金對(duì)接和十字接頭疲勞性能的改善機(jī)理。TIG熔修處理可以使焊縫金屬晶粒得到高度細(xì)化，同時(shí)可消除焊趾部位的微觀夾渣和微小咬邊等缺陷，大大提高焊趾部位的表面質(zhì)量，消除了表面微觀裂紋源，延緩了疲勞裂紋的開裂。

6、經(jīng)TIG熔修處理后，AZ31B鎂合金對(duì)接接頭和十字接頭的疲勞強(qiáng)度分別為41.68 Mpa和34.13 Mpa，與處理前的39.00 Mpa和24.38 Mpa相比較，分別提高了6.9[％]和39.9[％]。十字接頭疲勞性能的改善程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)接接頭，是因?yàn)槭纸宇^的應(yīng)力集中程度要高于對(duì)接接頭，所以改善幅度相應(yīng)較大。
　　 利用激光熱源對(duì)AZ31B鎂合金母材表面進(jìn)行熔凝處理后，熔凝層晶粒得到高度細(xì)化，熔凝層顯微硬度由基體的40～4

7、5HV提高到50～80HV；激光熔凝處理AZ31B鎂合金對(duì)接接頭和十字接頭焊趾部位，可使熔凝區(qū)金屬晶粒得到高度細(xì)化。但是，由于激光熱源與鎂合金的作用機(jī)理較復(fù)雜，焊接接頭熔凝層表面成型質(zhì)量較差，呈現(xiàn)為凹凸不平的小坑，產(chǎn)生了較大的應(yīng)力集中，加速了焊接接頭的疲勞破壞。激光熔凝處理后，兩種試件的疲勞強(qiáng)度分別為25.03 Mpa和21.74 Mpa，與處理前相比，有所下降，說明激光熔凝處理對(duì)工藝要求更嚴(yán)格，需進(jìn)一步改善工藝參數(shù)。
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