AZ31B鎂合金TIG焊橫向接頭疲勞性能研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及人們對(duì)能源和環(huán)境保護(hù)的重視，被稱為21世紀(jì)“綠色”工程材料的鎂合金受到越來(lái)越多的關(guān)注。對(duì)于大型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)而言，焊接技術(shù)是其最重要的加工技術(shù)，而疲勞破壞是焊接結(jié)構(gòu)失效的一種主要形式。因此了解鎂合金焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能的特點(diǎn)，采用合理的評(píng)定方法指導(dǎo)鎂合金焊接結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計(jì)，對(duì)于鎂合金的發(fā)展和廣泛應(yīng)用都具有極其重要的作用。 本文通過(guò)疲勞試驗(yàn)對(duì)AZ31B鎂合金板材TIG焊橫向?qū)咏宇^和橫向非承載十字接頭的疲勞性能和相

2、應(yīng)的S-N曲線進(jìn)行了分析，將試驗(yàn)結(jié)果與同形式、同參數(shù)的鋁合金、不銹鋼焊接接頭的疲勞數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。用熱點(diǎn)應(yīng)力方法對(duì)鎂合金橫向接頭進(jìn)行了疲勞評(píng)定研究。利用有限元軟件對(duì)焊縫幾何尺寸與鎂合金接頭焊趾部位應(yīng)力集中系數(shù)的關(guān)系做了分析。 研究發(fā)現(xiàn)，AZ31B鎂合金母材和兩種橫向接頭試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接擬合得到的S-N曲線斜率m分別為4.45、4.43和3.05，在2×10<'6>的循環(huán)次數(shù)下的名義應(yīng)力疲勞強(qiáng)度分別為57.81MPa、24.60MPa

3、、17.25MPa，兩種接頭試件的熱點(diǎn)應(yīng)力疲勞強(qiáng)度分別為29.5 MPa和20.7MPa。鎂合金橫向接頭名義應(yīng)力和熱點(diǎn)應(yīng)力S-N曲線的斜率和疲勞強(qiáng)度均高于國(guó)際焊接學(xué)會(huì)(IIW)推薦的m=3.0及相應(yīng)的疲勞強(qiáng)度，這說(shuō)明對(duì)于鎂合金，使用m=3.0也具有一定的安全裕度。 通過(guò)試驗(yàn)比較，AZ31B鎂合金兩種橫向接頭的疲勞強(qiáng)度是同形式鋁合金接頭的40％左右，橫向非承載十字接頭的疲勞強(qiáng)度還不足同形式不銹鋼接頭疲勞強(qiáng)度的10％。將鎂合金接頭

4、的試驗(yàn)數(shù)據(jù)用國(guó)際焊接學(xué)會(huì)(IIW)推薦的m=3.0處理得出FAT值，與規(guī)范給出的同形式鋁合金和結(jié)構(gòu)鋼接頭的疲勞級(jí)別進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明經(jīng)過(guò)安全評(píng)定方法處理的鎂合金接頭的疲勞強(qiáng)度僅為規(guī)定的鋁合金疲勞級(jí)別的一半，為結(jié)構(gòu)鋼的10％～16％。 通過(guò)有限元模擬，外推得出接頭的熱點(diǎn)應(yīng)力，并計(jì)算得出橫向?qū)咏宇^和橫向非承載十字接頭的熱點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)分別為1.2和1.6，說(shuō)明熱點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)與接頭形式有重要關(guān)系。AZ31B鎂合金兩種橫向接頭的熱點(diǎn)

5、應(yīng)力疲勞強(qiáng)度可用一條S-N曲線表示，說(shuō)明用熱點(diǎn)應(yīng)力法進(jìn)行鎂合金接頭的疲勞評(píng)定能夠減少焊接接頭按疲勞強(qiáng)度劃分的等級(jí)，比用名義應(yīng)力法進(jìn)行評(píng)定具有一定的優(yōu)越性。 通過(guò)有限元的模擬，發(fā)現(xiàn)對(duì)于AZ31B鎂合金對(duì)接焊縫和角焊縫，焊趾角度θ和焊趾處過(guò)渡圓弧半徑p都是影響應(yīng)力集中系數(shù)的主要因素。焊趾角度θ的增大、焊趾處過(guò)渡圓弧半徑p的減小都會(huì)使焊趾處應(yīng)力集中系數(shù)增大，從而惡化鎂合金接頭的疲勞性能，其中焊趾角度對(duì)應(yīng)力集中系數(shù)的影響最大，并且當(dāng)焊縫