紅外熱像法表征AZ31B鎂合金電子束焊接接頭疲勞行為及斷裂機(jī)理的研究.pdf

1、鎂合金因其輕質(zhì)高強(qiáng)且易于回收等特性，在“陸?？仗臁钡阮I(lǐng)域作為結(jié)構(gòu)材料將具有廣泛的應(yīng)用前景。但其廣泛的應(yīng)用離不開(kāi)焊接技術(shù)的支持。而焊接接頭的力學(xué)性能，尤其是疲勞問(wèn)題成為制約其安全應(yīng)用的瓶頸。因此，研究鎂合金焊接接頭的疲勞行為及其斷裂機(jī)理將具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　針對(duì)鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑、易氧化等特點(diǎn)，本文采用真空電子束焊接方法，結(jié)合紅外熱像法，重點(diǎn)研究了鎂合金電子束焊接接頭在靜載拉伸、疲勞裂紋萌生及擴(kuò)展過(guò)程中試件表面溫度的

2、演變規(guī)律及產(chǎn)熱機(jī)制，快速預(yù)測(cè)了焊接接頭的疲勞極限和疲勞裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展門檻值，結(jié)合斷口形貌探討了其疲勞斷裂機(jī)理。
　　研究結(jié)果表明:鎂合金及其電子束焊接接頭在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，試件表面溫度呈現(xiàn)4個(gè)階段變化規(guī)律:初始溫度下降階段（熱彈性效應(yīng)占主導(dǎo)）;溫度緩慢升高階段（非彈性效應(yīng)占主導(dǎo)）;溫度急劇上升階段（加工硬化現(xiàn)象）以及最后自然冷卻階段。
　　鎂合金電子束焊接接頭在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，溫度演變規(guī)律呈5個(gè)階段:初始快速升溫階段（非彈性效

3、應(yīng)占主導(dǎo)地位）;溫度下降階段（熱傳導(dǎo)效應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位）;溫度平穩(wěn)階段（非彈性效應(yīng)和熱傳導(dǎo)效應(yīng)達(dá)到平衡）;溫度急劇上升階段（疲勞裂紋萌生）和最后溫度自然冷卻階段。
　　鎂合金電子束焊接接頭在疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)過(guò)程中，溫度演變規(guī)律呈4個(gè)階段:初始快速升溫階段(裂紋處于快速擴(kuò)展階段，da/dN=9.05×10-14(ΔK)9.13）;溫度平衡階段(裂紋進(jìn)入穩(wěn)定擴(kuò)展階段，da/dN=1.01×10-7(ΔK)2.49);溫度急劇上升階段(裂

4、紋快速處于失穩(wěn)擴(kuò)展階段，da/dN=3.38×10-16(ΔK)10.17）以及最后溫度自然冷卻階段。
　　紅外熱像法預(yù)測(cè)得到鎂合金焊接接頭的疲勞極限和疲勞裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展門檻值分別為83MPa和17.73MPa·m1/2，并同傳統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果相比，二者均具有較高的吻合度。
　　紅外熱像法能夠快速、實(shí)時(shí)及全場(chǎng)地對(duì)鎂合金電子束焊接接頭在靜載拉伸試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)以及疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)過(guò)程中的損傷演變進(jìn)行監(jiān)測(cè)。試件表面顏色和熱點(diǎn)區(qū)域的變化可作